Jen pro orientaci: doba, kdy americký otec-zakladatel Benjamin Franklin běhal s pokovovaným drakem pod bouřkovými mraky, splývá s obdobím, kdy James Watt nýtoval první parní motor. Historie počítačů v té době dospěla k přenosné „kalkulačce", která uměla sčítat, odčítat, násobit a dělit. To vše v polovině osmnáctého století.
Nalezený fragment a rekonstrukce prvního analogového počítače: objevený ve vraku lodi z let 150-100 př.n.l. mezi Kythérou a Krétou
Případ Pollen vs. Dreyer
Přeskočíme století a půl. Námořnictva všech velmocí zápasí s problémem, jak co nejpřesněji korigovat střelbu z lodních děl. Úspěšnost střelby je mizivá. Kromě vzdálenosti hraje roli náklon a vzájemná rychlost obou lodí, vliv počasí, vliv Coriolisovy síly a další, náměr děla se koriguje podle dopadu střely. Na palubě stojí hrdina s dalekohledem, který odhaduje místo dopadu.
V roce 1900 se k jednomu námořnímu cvičení na Maltě nachomýtl britský spisovatel Arthur Joseph Hungerford Pollen. Když spatřil tristní úspěšnost střelby, pustil se do vývoje zaměřovacího stroje. Cílem bylo zařízení, které spočítá sérii rovnic, založených na pohybu lodi a jejího cíle. Do analogového zařízení založeného na mechanickém pohybu implementoval součástku, využívající střídavý elektrický proud. Odstartoval tak éru počítačů založených na elektřině.
Základ budoucího stroje spočíval v mechanickém diferenciálním analyzátoru, přímém dědici Babbegova parního diferenciálního motoru (viz minulé číslo). Pollen na něm začal pracovat v roce 1900 a výsledek spatřil světlo světa o dvanáct let později pod názvem Argo Aim Correction System. Jádro stroje tvořil analyzátor se sérií budíků (The Argo Clock), schopný řešit soustavu rovnic v reálném čase. K němu se pojil gyroskop s dálkoměrem (The Argo Rangefinder) a přístroj, který zakreslí výsledek výpočtu (The Argo True-Course Plotter). Přenos signálu z dálkoměru na plotter přitom obstarávala elektromechanická soustava. Střídavý elektrický signál trvale procházel součástí zaměřovače a jeho přerušení šlápnutím na pedál znamenalo zaměření cíle, na které reagovala tužka plotteru.
Pollen měl smůlu. Za britské loďstvo s ním jednal poručík Frederic Dreyer, který některé části jeho zařízení okopíroval a později přišel s vlastním, méně propracovaným strojem, známým jako Dreyer Firing Control Table. V polovině roku 1916 se tak většina britského loďstva vybavila Dreyerovým vynálezem a Pollen byl odsouzen ke spolupráci s ruským námořnictvem.
Model Dreyerova zaměřovacího tabulátoru z roku 1916
Mechanické zaměřovače získaly u námořnictva velkou popularitu. Největší zájem o ně byl ve válečných letech, a to nejen na lodích. S počátkem druhé světové války převzalo zásadní roli na bojišti letectvo a objevila se potřeba dokonalejších mechanických přístrojů, určených k výpočtu dopadu bomb a náměru protiletadlových děl. Po elektřině se ovšem nadlouho slehla zem. Konstruktéři zaměřovacích strojů se od nejisté elektrické energie vrátili ke spolehlivému železu a Pollenův experiment zapadl.
Poválečná elektřina
Elektřina tak našla počítačové využití jinde. V laboratořích všech válčících stran se začaly vršit elektrické zdroje, cívky, dráty a štípačky. Výzkum, štědře financovaný vládami, přinesl na počátku čtyřicátých let prostor pro experimenty s eletrickou energií k matematickým výpočtům i dekódování šifrovaných zpráv. Logicky se objevily dvě nezávislé větve: analogové a digitální počítače (rozdíly mezi oběma typy najdete v rámečku; zrodu digitálních počítačů se budeme podrobněji věnovat příště). Analogové počítače se svými vlastnostmi lépe hodily k fyzikálním výpočtům, jako je výpočet optimálního tvaru a zatížení křídel. Mechanické veličiny se snadno daly simulovat pomocí elektrického proudu nebo napětí, vhodně sestavený elektrický obvod pak představoval konkrétní výpočetní úlohu. Několik chytře umístěných cívek, kondenzátorů a odporů dokázalo nahradit složité mechanické zařízení.
Elektronický analogový počítač v Lewisově laboratoři leteckého spalování v roce 1949
Zdálo se, že elektřina si víc rozumí s analogovým než digitálním pojetím. Jen nakrátko vedle sebe přežívaly oba typy počítačů v harmonické shodě. Po poražení společného nepřítele se mezi nimi rozhořel lítý boj, neméně kolosální než předchozí celosvětový konflikt. Posuďte sami: první známý digitální počítač, americký ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), představený v únoru 1946, měřil 2,6 × 0,9 × 26 metrů a vážil 27 tun. První prakticky použitelný analogový počítač s hrdým názvem The Direct Analogy Electric Analog Computer ze stejné doby vážil pouhých 15 tun. Jen šílenci z časopisu Popular Mechanics tehdy mohli vypustit z pera takové nesmysly, jako větu „je možné, že v budoucnosti budou počítače vážit méně než jedenapůl tuny!"
ENIAC - sedmadvacet tun digitálních výpočtů s výkonem dnešní programovatelné kalkulačky
Chaos padesátých let - studená a korejská válka, televize, rock'n roll a beatnici - byl pro sotva zrozené analogové elektronické počítače labutí písní. Většina funkčních exemplářů vznikla do roku 1960 a sloužila převážně k fyzikálním výpočtům. Digitální soupeři už v této době znali tranzistor a integrovaný obvod; se svou univerzálností a spolehlivostí během šedesátých let téměř kompletně potlačili analogové počítání. Dnes přežívá pouze v několika koutech světa a až na výjimky představuje jen drahého koníčka.
Analogový počítač EAI z roku 1964
Časová osa:
150-100 př.n.l. - antikythérský mechanizmus, pevní mechanický počítač (Řecko)
1622 - logaritmické pravítko (William Oughtred, Anglie)
1876 - diferenciální analyzér, sloužil k řešení diferenciálních rovnic (James Thomson, Anglie)
1912 - Argo, elektro-mechanický analogový zaměřovač pro námořnictvo (Arthur Pollen, Anglie)
1916 - hromadné nasazení Dreyerova tabulátoru (Frederic Dreyer, Anglie)
1931 - HACS, mechanický počítač pro protiletadlová děla (Anglie)
1936 - vodní integrátor (SSSR)
1944 - Nordenův zaměřovač, mechanický počítač pro výpočet dopadu bomby (USA)
1949 - Direct Analog Computer, první elektrický analogový počítač (USA)
1950 - MONIAC, hydraulický počítač simulující ekonomiku Spojeného království (Bill Philips, Nový Zéland)
Hydraulické počítače
Budoucnost může patřit biologickým počítačům, ke slepým uličkám historie počítačů patří třeba využití vody. Začali s ním Sověti v roce 1936. V tomto roce vznikl vodní integrátor, který řešil diferenciální rovnice na základě průtoku vody skrz komoru plnou trubiček a pumpiček. Přesnost na zlomky milimetru zajišťovala poměrně vysokou spolehlivost.
Druhým zástupcem vodních počítačů se stal MONIAC. Vznikl v roce 1949 na Novém Zélandu a měl za úkol modelovat toky peněz ve Spojeném království. Horní nádržka s vodou reprezentovala státní pokladnu, odtékání vody výdaje. Některé nižší nádržky obsahovaly i pumpičky, které zpět do pokladny pumpovaly daně.
Analog a digitál
Dnešní počítače jsou až na vzácné výjimky digitální: elektrický proud buď proudí, nebo ne. Nic mezi tím. Počítače, fungující na analogovém principu, dokáží zaznamenat hodnoty proudu nebo napětí v širokém rozmezí. Digitální počítače tak mají na otázku „prochází proud?" odpověď „ano/ne", analogové „ano, a jeho hodnota je tolik a tolik ampér".
Z toho vyplývají výhody i nevýhody obou typů. Hlavní plus digitálních počítačů spočívá v jejich univerzalitě. Proudění nebo neproudění se přiřadí symbolická hodnota, ze které se pak poskládá specifický program. V analogových počítačích zastupuje aktuální hodnota proudu nebo napětí fyzikální veličinu, například tlak nebo sílu. Modelování výpočetního problému prostřednictvím digitálních počítačů je tak sice výrazně pomalejší, ale mnohem přesnější. Analogové počítače jsou omezeny množstvím a frekvencí nepřesností, které omezují přesnost výsledku na několik málo desetinných míst.
Článek vyšel v časopise Extra PC 6/07.
