Málokdo ho zná, přitom se dá říct s velkou jistotou, že bez něj bychom neměli počítače. Minimálně ne ty, které dnes používáme. Claude Shannon přitom sám počítače nestavěl (s výjimkou jednoho výukového). Hardwaru sice rozuměl, ale nezabýval se jím nijak intenzivně. Co ho na počítačích primárně zajímalo, byla teorie jejich funkce. Tu sám stvořil a dal tak počítačovým průkopníkům do ruky nástroj, který jim pomohl překonat počáteční nejistotu nad otázkou, jak vlastně elektronické počítače stavět.
Claude Shannon
Vzdálený příbuzný Edisona
Už od poloviny 19. století byly anglickým matematikem Georgem Boolem v knize Laws of Thought (Zákony myšlení) položeny základy booleovské aritmetiky a logiky. V matematické obci se staly velice populární a byly dalšími matematiky čile rozvíjeny. Měly ovšem malou, drobnou chybičku. Neměly žádné praktické uplatnění v „normálním“ životě. Inženýři, technici či vývojáři se bez nich obešli.
NADPIS
Matematik, radioamatér a inženýr elektroniky, který přenesl Boelovu algebru do světa počítačů. Díky tomu nastartoval vývoj binárních počítačů, které používáme dodnes.
- narození: 30. dubna 1916
- úmrtí: 24. února 2001
- původ: USA
Ona to vlastně nebyla chybička. Matematika je plná teorií, které jsou sice krásné, prověřené, dokázané a obdivované, ovšem v praktickém životě naprosto nepoužívané. Dlouhá desetiletí to vypadalo, že dílo Boolea bude mít podobný osud a sám matematický samouk Boole bude patřit ke jménům víceméně zapomenutým. Že se tak nakonec nestalo, to způsobil právě Claude Shannon, nadaný mladík pocházející z nevýznamného městečka Petoskey v Michiganu.
Claude se narodil v roce 1916. Jeho otec byl obchodníkem a mnohem mladší matka učitelkou jazyků, takže je zajímavou otázkou, kde se tolik matematického talentu v tom mládenci vlastně vzalo. Nebylo o něm ale pochyb.
Už jako kluk si rád stavěl různé modely letadel, s kamarádem vytvořil drátový telegraf nebo sestrojil dálkově řízený model lodě. To vše ve dvacátých letech dvacátého století, kdy tato technika byla stále nová a neexistovala literatura či stavebnice, jaké mají k dispozici dnešní modeláři.
Mladý Claude se zhlédl v Thomasu Edisonovi, kterého nesmírně obdivoval. Je přitom zajímavé, že oba byli vzdálení příbuzní, potomci jednoho z vůdců kolonie v sedmnáctém století. Dokončil místní základní i střední školu, přičemž vynikal v matematice a v zájmu o exaktní vědy, především elektrotechniku.
Za Vannevarem Bushem
V roce 1932 nastoupil na University of Michigan, která sice u nás není známá jako jiné americké univerzity, ale ve skutečnosti je v USA její kvalita oceňovaná a patří mezi solidní univerzitní ústavy. Při svých studiích se seznámil s Booleovou prací a v roce 1936 získal bakalářský titul z elektrotechniky i matematiky.
Před ukončením svého posledního roku na této univerzitě si jednoho dne na nástěnce přečetl nabídku dalšího studia na MIT pod vedením Vannevara Bushe, kde měl pracovat na jeho diferenciálním analyzátoru. Vypadalo to jako velmi zajímavá možnost prohloubit si znalosti, takže neváhal a přihlásil se.
Na MIT se seznámil s prvními analogovými počítači, a především s diferenciálním analyzátorem a s jeho tvůrcem Vannevarem Bushem. Dnes je tato kategorie počítačů definitivně zapomenuta, ale v těchto dobách, a ještě až do poloviny dvacátého století představovaly analogové počítače zajímavou variantu výpočetní techniky. Ba co víc, v polovině třicátých let, kdy se s nimi seznámil Shannon, šlo o primární typ výpočetní techniky pro modelování složitých diferenciálních rovnic. Dá se říci, že v této době nebyla zcela jasná výhoda číslicových počítačů oproti těm analogovým, neboť jejich výkon byl pro řešení složitých matematických rovnic mnohem menší.
Analogové počítače
Tento dnes již zapomenutý typ počítače byl zprvu velmi oblíbený, neboť dokázal řešit složité diferenciální rovnice mnohem rychleji než dobové číslicové počítače. Princip spočíval v tom, že byl s pomocí elektronických součástek, kondenzátorů, cívek a rezistorů, vytvořen elektronický obvod, který simuloval požadovanou diferenciální rovnici.
Byl tedy schopen simulovat závislost některých veličin na čase, přičemž se využívalo toho, že rovnice pro mechanické součástky (pružiny atd.) jsou velmi podobné (analogické) těm pro elektronické součástky. Počítač přitom zpracovává spojité (analogové) signály, nikoliv digitální, jako počítače dnešní.
„Programování“ takového počítače spočívalo v tom, že jste si s pomocí různých základních elektronických prvků vytvořili obvod, simulující požadovanou rovnici, což ovšem znamenalo mít opravdu dobré znalosti matematiky i elektroniky, jelikož obvod musel být pochopitelně správně sestaven, aby simulace měla smysl. Po zapojení takového obvodu jste následně na osciloskopu mohli pozorovat časovou závislost například napětí na čase, přičemž napětí simulovalo nějakou požadovanou mechanickou veličinu.
Výhodou bylo, že simulace mohla probíhat velmi rychle, kromě toho při regulaci pomocí potenciometrů bylo možné různě upravovat vstupní parametry až do dosažení požadovaných výsledků.
Během letních prázdnin roku 1937 získal Shannon možnost krátké práce v Bellových laboratořích, což bylo stěžejní vývojové pracoviště telefonní firmy AT&T. Bellovy laboratoře představovaly naprosto unikátní prostředí se skvělým zázemím díky bohatému financování mateřskou firmou, kde se setkávali jak teoretikové, tak praktičtí technici, aby spolu řešili aktuální problémy výstavby telefonní sítě.
Pro Shannona to byla obrovská škola nahlédnout pod pokličku prvních tehdejších telefonních ústředen, kde s pomocí mnoha desítek a stovek relé bylo řešeno přepínání telefonních hovorů.
Právě zde Shannona napadla naprosto přelomová myšlenka. Stejně, jako analogové počítače simulují pomocí elektronických obvodů nějaké mechanické prvky, úplně stejně by elektronické obvody mohly simulovat logické prvky z Booleho aritmetiky. Tak by bylo možné tuto naprosto teoretickou část matematiky použít pro konstrukci počítačů, fungující na základě Booleovské logiky.
Počítačům stačí jedničky a nuly
Když se vrátil na MIT na podzim toho roku, Vannevar Bush byl jeho nápadem přímo fascinován a vybídl jej, aby jej zpracoval do své dizertační práce. Ta se jmenovala „Symbolická analýza reléových a přepínacích obvodů“, a jak později napsal časopis Scientific American, šlo o „Magnu Chartu informačního věku“.
Shannon zde tvrdil, že je možné prováděl složité matematické operace pomocí obvodů s přepínacími relátky a navrhl i jednoduché obvody pro realizaci základních prvků Booleovské logiky.
Minivac 601. Digitální počítač, který navrhl sám Shannon
Nám dnes přijde něco takového jako samozřejmé. Počítače pracují binárně, to patří k úplným základům, které každý, kdo se o ně zajímá, musí znát. Jenže ve třicátých letech něco takového vůbec nebylo samozřejmé. Elektronické počítače byly chápány jako další krok po počítacích strojích mechanických, no a ty se od svého vzniku v 17. století realizovaly pomocí soustavy ozubených kol. Nebyly tedy binární, ale počítaly stejně jako my v desítkové soustavě.
Objev, že pro elektronické počítače je mnohem vhodnější použití binární soustavy, byl naprosto přelomový a nebyl přijat ihned. Ani pozdější první univerzální počítač ENIAC nepracoval s binární aritmetikou. To poznání, že mladíček Claude Shannon měl naprostou pravdu, přicházelo postupně. Tvůrci prvních počítačů se jen pomalu učili, jak postupovat.
