TED日本語 - ジョン・グラハム=カミング: かつて存在しなかった最高のコンピュータ


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TED日本語 - ジョン・グラハム=カミング: かつて存在しなかった最高のコンピュータ

TED Talks

John Graham-Cumming at TEDxImperialCollege
The Greatest Machine That Never Was




So the machine I'm going to talk you about is what I call the greatest machine that never was. It was a machine that was never built, and yet, it will be built. It was a machine that was designed long before anyone thought about computers.

If you know anything about the history of computers, you will know that in the '30s and the '40s, simple computers were created that started the computer revolution we have today, and you would be correct, except for you'd have the wrong century. The first computer was really designed in the 1830s and 1840s, not the 1930s and 1940s. It was designed, and parts of it were prototyped, and the bits of it that were built are here in South Kensington.

That machine was built by this guy, Charles Babbage. Now, I have a great affinity for Charles Babbage because his hair is always completely unkempt like this in every single picture. (Laughter) He was a very wealthy man, and a sort of, part of the aristocracy of Britain, and on a Saturday night in Marylebone, were you part of the intelligentsia of that period, you would have been invited round to his house for a soiree - and he invited everybody: kings, the Duke of Wellington, many, many famous people- and he would have shown you one of his mechanical machines.

I really miss that era, you know, where you could go around for a soiree and see a mechanical computer get demonstrated to you. (Laughter) But Babbage, Babbage himself was born at the end of the 18th century, and was a fairly famous mathematician. He held the post that Newton held at Cambridge, and that was recently held by Stephen Hawking. He's less well known than either of them because he got this idea to make mechanical computing devices and never made any of them.

The reason he never made any of them, he's a classic nerd. Every time he had a good idea, he'd think, "That's brilliant, I'm going to start building that one. I'll spend a fortune on it. I've got a better idea. I'm going to work on this one. (Laughter) And I'm going to do this one." He did this until Sir Robert Peel, then Prime Minister, basically kicked him out of Number 10 Downing Street, and kicking him out, in those days, that meant saying, "I bid you good day, sir." (Laughter)

The thing he designed was this monstrosity here, the analytical engine. Now, just to give you an idea of this, this is a view from above. Every one of these circles is a cog, a stack of cogs, and this thing is as big as a steam locomotive. So as I go through this talk, I want you to imagine this gigantic machine. We heard those wonderful sounds of what this thing would have sounded like. And I'm going to take you through the architecture of the machine - that's why it's computer architecture - and tell you about this machine, which is a computer.

So let's talk about the memory. The memory is very like the memory of a computer today, except it was all made out of metal, stacks and stacks of cogs,30 cogs high. Imagine a thing this high of cogs, hundreds and hundreds of them, and they've got numbers on them. It's a decimal machine. Everything's done in decimal. And he thought about using binary. The problem with using binary is that the machine would have been so tall, it would have been ridiculous. As it is, it's enormous. So he's got memory. The memory is this bit over here. You see it all like this.

This monstrosity over here is the CPU, the chip, if you like. Of course, it's this big. Completely mechanical. This whole machine is mechanical. This is a picture of a prototype for part of the CPU which is in the Science Museum.

The CPU could do the four fundamental functions of arithmetic -- so addition, multiplication, subtraction, division -- which already is a bit of a feat in metal, but it could also do something that a computer does and a calculator doesn't: this machine could look at its own internal memory and make a decision. It could do the "if then" for basic programmers, and that fundamentally made it into a computer. It could compute. It couldn't just calculate. It could do more.

Now, if we look at this, and we stop for a minute, and we think about chips today, we can't look inside a silicon chip. It's just so tiny. Yet if you did, you would see something very, very similar to this. There's this incredible complexity in the CPU, and this incredible regularity in the memory. If you've ever seen an electron microscope picture, you'll see this. This all looks the same, then there's this bit over here which is incredibly complicated.

All this cog wheel mechanism here is doing is what a computer does, but of course you need to program this thing, and of course, Babbage used the technology of the day and the technology that would reappear in the '50s, '60s and '70s, which is punch cards. This thing over here is one of three punch card readers in here, and this is a program in the Science Museum, just not far from here, created by Charles Babbage, that is sitting there - you can go see it - waiting for the machine to be built. And there's not just one of these, there's many of them. He prepared programs anticipating this would happen.

Now, the reason they used punch cards was that Jacquard, in France, had created the Jacquard loom, which was weaving these incredible patterns controlled by punch cards, so he was just repurposing the technology of the day, and like everything else he did, he's using the technology of his era, so 1830s,1840s,1850s, cogs, steam, mechanical devices. Ironically, born the same year as Charles Babbage was Michael Faraday, who would completely revolutionize everything with the dynamo, transformers, all these sorts of things. Babbage, of course, wanted to use proven technology, so steam and things.

Now, he needed accessories. Obviously, you've got a computer now. You've got punch cards, a CPU and memory. You need accessories you're going to come with. You're not just going to have that,

So, first of all, you had sound. You had a bell, so if anything went wrong - (Laughter) - or the machine needed the attendant to come to it, there was a bell it could ring. (Laughter) And there's actually an instruction on the punch card which says "Ring the bell." So you can imagine this "Ting!" You know, just stop for a moment, imagine all those noises, this thing, "Click, clack click click click," steam engine, "Ding," right- (Laughter)

You also need a printer, obviously, and everyone needs a printer. This is actually a picture of the printing mechanism for another machine of his, called the Difference Engine No. 2, which he never built, but which the Science Museum did build in the '80s and '90s. It's completely mechanical, again, a printer. It prints just numbers, because he was obsessed with numbers, but it does print onto paper, and it even does word wrapping, so if you get to the end of the line, it goes around like that.

You also need graphics, right? I mean, if you're going to do anything with graphics, so he said, "Well, I need a plotter. I've got a big piece of paper and an ink pen and I'll make it plot." So he designed a plotter as well, and, you know, at that point, I think he got pretty much a pretty good machine.

Along comes this woman, Ada Lovelace. Now, imagine these soirees, all these great and good comes along. This lady is the daughter of the mad, bad and dangerous-to-know Lord Byron, and her mother, being a bit worried that she might have inherited some of Lord Byron's madness and badness, thought, "I know the solution: Mathematics is the solution. We'll teach her mathematics. That'll calm her down." (Laughter) Because of course, there's never been a mathematician that's gone crazy, so, you know, that'll be fine. (Laughter) Everything'll be fine. So she's got this mathematical training, and she goes to one of these soirees with her mother, and Charles Babbage, you know, gets out his machine. The Duke of Wellington is there, you know, get out the machine, obviously demonstrates it, and she gets it. She's the only person in his lifetime, really, who said, "I understand what this does, and I understand the future of this machine." And we owe to her an enormous amount because we know a lot about the machine that Babbage was intending to build because of her.

Now, some people call her the first programmer. This is actually from one of -- the paper that she translated. This is a program written in a particular style. It's not, historically, totally accurate that she's the first programmer, and actually, she did something more amazing. Rather than just being a programmer, she saw something that Babbage didn't.

Babbage was totally obsessed with mathematics. He was building a machine to do mathematics, and Lovelace said, "You could do more than mathematics on this machine." And just as you do, everyone in this room already's got a computer on them right now, because they've got a phone. If you go into that phone, every single thing in that phone or computer or any other computing device is mathematics. It's all numbers at the bottom. Whether it's video or text or music or voice, it's all numbers, it's all, underlying it, mathematical functions happening, and Lovelace said, "Just because you're doing mathematical functions and symbols doesn't mean these things can't represent other things in the real world, such as music." This was a huge leap, because Babbage is there saying, "We could compute these amazing functions and print out tables of numbers and draw graphs," - (Laughter) - and Lovelace is there and she says, "Look, this thing could even compose music if you told it a representation of music numerically." So this is what I call Lovelace's Leap. When you say she's a programmer, she did do some, but the real thing is to have said the future is going to be much, much more than this.

Now, a hundred years later, this guy comes along, Alan Turing, and in 1936, and invents the computer all over again. Now, of course, Babbage's machine was entirely mechanical. Turing's machine was entirely theoretical. Both of these guys were coming from a mathematical perspective, but Turing told us something very important. He laid down the mathematical foundations for computer science, and said, "It doesn't matter how you make a computer." It doesn't matter if your computer's mechanical, like Babbage's was, or electronic, like computers are today, or perhaps in the future, cells, or, again, mechanical again, once we get into nanotechnology. We could go back to Babbage's machine and just make it tiny. All those things are computers. There is in a sense a computing essence. This is called the Church? Turing thesis.

And so suddenly, you get this link where you say this thing Babbage had built really was a computer. In fact, it was capable of doing everything we do today with computers, only really slowly. (Laughter) To give you an idea of how slowly, it had about 1k of memory. It used punch cards, which were being fed in, and it ran about 10,000 times slower the first ZX81. It did have a RAM pack. You could add on a lot of extra memory if you wanted to.

(Laughter) So, where does that bring us today? So there are plans. Over in Swindon, the Science Museum archives, there are hundreds of plans and thousands of pages of notes written by Charles Babbage about this analytical engine. One of those is a set of plans that we call Plan 28, and that is also the name of a charity that I started with Doron Swade, who was the curator of computing at the Science Museum, and also the person who drove the project to build a difference engine, and our plan is to build it. Here in South Kensington, we will build the analytical engine.

The project has a number of parts to it. One was the scanning of Babbage's archive. That's been done. The second is now the study of all of those plans to determine what to build. The third part is a computer simulation of that machine, and the last part is to physically build it at the Science Museum.

When it's built, you'll finally be able to understand how a computer works, because rather than having a tiny chip in front of you, you've got to look at this humongous thing and say, "Ah, I see the memory operating, I see the CPU operating, I hear it operating. I probably smell it operating." (Laughter) But in between that we're going to do a simulation.

Babbage himself wrote, he said, as soon as the analytical engine exists, it will surely guide the future course of science. Of course, he never built it, because he was always fiddling with new plans, but when it did get built, of course, in the 1940s, everything changed.

Now, I'll just give you a little taste of what it looks like in motion with a video which shows just one part of the CPU mechanism working. So this is just three sets of cogs, and it's going to add. This is the adding mechanism in action, so you imagine this gigantic machine.

So, give me five years. Before the 2030s happen, we'll have it.

Thank you very much. (Applause)

存在することのなかった 最高のマシンについてお話しましょう 存在することのなかった 最高のマシンについてお話しましょう 実際に作られることはありませんでしたが 今度作られることになりました みんながコンピュータについて考える はるか以前に設計されたマシンです

コンピュータの歴史についてご存じなら 30〜40年代に単純なコンピュータが作られ 今日のコンピュータ革命に繋がった というのをご存じでしょう その通りなんですが ただ世紀が違っています 最初のコンピュータは 1830〜40年代に設計されました1930〜40年代ではありません 設計され 部分的に試作され ここサウス・ケンジントンに 一部が残っています

そのマシンを作ったのはこの男 チャールズ・バベッジです バベッジには何か親しみを覚えます どの写真を見ても髪がこう 乱れているんです (笑) とても裕福な男で イギリスの貴族社会に属していました 土曜日の夜には メリルボンの彼の家で 当時の知識階級を集めたソワレ(夜会)が開かれていました 当時の知識階級を集めたソワレ(夜会)が開かれていました 王やウェリントン公や その他多くの有名人が招待されました そこで彼の機械装置が披露されたことでしょう

当時をうらやましく思います だってソワレに行って 機械式コンピュータの デモを見られるんですよ (笑) バベッジ自身は 18世紀末に生まれ 非常に有名な数学者でした ケンブリッジ大学でニュートンと同じポストを占めていました 今はスティーブン・ホーキングがやっています バベッジは彼らほど有名ではありません 機械式コンピュータを作るというアイデアを思い付きましたが 決して作り上げることがなかったからです

作れなかった理由は 彼が典型的な頭でっかちだったからです いいアイデアを思い付くたびに 「これはすごいぞ  これを作り始めよう いいアイデアを思い付くたびに 「これはすごいぞ  これを作り始めよう 金をつぎ込もう いやもっといいアイデアを思い付いたぞ こっちをやることにしよう」 (笑) ずっとそんな調子で 最後には首相のサー・ロバート・ピールに ダウニング街10番地から蹴り出されました 当時のことですから 蹴り出すとき 「お別れです ご機嫌よう」と言ったことでしょう (笑)

彼が設計したのはこの奇怪な解析機関です イメージが掴めるように説明しますと これは上から見たところで 円の1つひとつが積み上げられた歯車です 全体は蒸気機関ほどの大きさがあります 講演の間 この巨大な機械をイメージして ほしいのですこれが立てるであろう 素晴らしい音を思い浮かべてください このマシンのアーキテクチャを説明していきます まさにアーキテクチャですね そしてこのマシンがいかに「コンピュータ」であるかを説明します

まずメモリについて メモリは 今日のコンピュータのメモリに よく似たものでしたがただそれは金属製で 30段重ねになった歯車の山でした そびえ立つ歯車をイメージしてください そんな歯車が何百とあって それぞれに 数字が書かれています 10進マシンで すべては10進数で行われます 2進数も考えたのですが 問題は 2進数にするとマシンの背が 馬鹿みたいに高くなることです10進でも巨大ですけど これでメモリは手に入りました メモリの一部がここに出ています ずっとこんな感じです

この怪物みたいなのはCPU いわゆるチップですね もちろん大きなものです 全くの機械式ですマシンの全体が機械式でした この写真は サイエンス・ミュージアムにある CPUの一部の試作品です

CPUは4種の基本的な算術演算ができました 加算 乗算 減算 除算 これを金属の機械でやるだけでも大したことですが それだけでなく このマシンにはコンピュータにできて 計算機にできないことができました 内部メモリを参照して判断を行うということです BasicプログラミングのIf Thenができたのです これはコンピュータの基本となることです コンピュテーションができたんです単なる算術だけでなく それ以上です

これを見ながら 少し立ち止まって 今日のチップを考えてみましょう チップの中身は見えません小さすぎます でも見たとしたら これと とてもよく似たものが見えるはずです CPUの ものすごい複雑さ メモリのものすごい規則性電子顕微鏡写真を 見たことがあれば まさにこれです ずっと同じに見え それからすごく込み入った部分があります

この歯車機構がすることはコンピュータと同じなので 当然プログラミングが必要になります バベッジは当時のテクノロジーを使いました それは1950、60、70年代に再び現れることになる パンチカードです これは3つのパンチカードリーダの1つと プログラムですサイエンス・ミュージアムにあります ここからそう遠くありませんバベッジによって作られました 行けばご覧になれます マシンが出来上がるのを待っています 1つだけでなく たくさんあります マシンができた時のため彼はプログラムを用意していたんです

パンチカードを使った理由は フランスのジャカードがパンチカード制御で 見事なパターンを編み出す紋織機を作っていて バベッジは当時の このテクノロジーを流用したのです 他のすべてと同様 彼は 1830、40、50年代当時の技術を使いました 歯車に蒸気に機械装置 皮肉なことにバベッジと同じ年に マイケル・ファラデーが生まれています 彼は発電機や変圧器といった 技術を革新しました しかしバベッジは確立した技術を使いたいと望み 蒸気機関のようなものを選んだのです

それから付属品です コンピュータ本体はあります パンチカードにCPUにメモリはあるので 一緒に使う付属品が必要です 一緒に使う付属品が必要です

第一に サウンドですベルを付けるんです 何かがまずくなった時や マシンに何か人手が必要な時に 鳴らすベルです (笑) パンチカードで入力する命令に 実際 「ベルを鳴らす」というのがありました想像してみてください 「チーン !」歯車のたてる音 「カチャカチャカチャカチャ」 蒸気エンジンの音 そして「チーン」(笑)

それにプリンタも当然必要です これは彼の別なマシンである 階差機関二号のための印刷機構の写真です バベッジではなくサイエンス・ミュージアムが 80〜90年代に作ったものです まったく機械式のプリンタです 彼は数字に捕らわれていたので数字しか印刷できません でも紙に印刷し ワードラップさえします 行末まで行ったら 先頭に戻るんです

グラフィックスもいりますよね? グラフィックスです 「プロッタがいるな 大きな紙とペンがあるので マシンにプロットさせよう」 それでプロッタの設計もしました その時点でかなり いいマシンに なっていたと思います

そしてこの女性が登場しますエイダ・ラブレス あの素晴らしい人々が集まるソワレを想像してください この女性は かの狂気の知るも恐ろしい バイロン卿の娘です 彼女の母親は娘がバイロン卿の狂気を 受け継ぎはしないか心配して 思案しました 「どうすればいいか分かるわ 数学よ 数学を教えれば 落ち着くはずだわ」 なにしろ・・・ (笑) 発狂した数学者などいないので きっと大丈夫だろう (笑) それで彼女は数学の教育を受け あのソワレに母親と一緒に行き バベッジがマシンを披露します ウェリントン公がいて マシンのデモが行われ そして彼女は理解しました 彼女はバベッジの生存中にこう言った唯一の人間でした 「これが何をするのか分かるわ この機械の未来が分かる」 私たちは彼女に多くを負っていますバベッジが作ろうとしていた 機械について 私たちがこうして知ることができるのも 彼女のおかげなんです

彼女を史上最初のプログラマと呼ぶ人もいます これは実際彼女が変換したものです 特有のスタイルでプログラムが書かれています 彼女が最初のプログラマだというのは歴史的に正確ではありません 彼女はもっと驚くべきことをしています 単なるプログラマではなく バベッジに見えていなかったことを 彼女は見ていたのです

バベッジは数学に捕らわれていました 数学をやるためにマシンを作っていましたが ラブレスは「この機械で数学以上のことができるわ」と言いました この場にいる人はみんな コンピュータを持っています 携帯を持っているでしょう 携帯の中を覗いてみれば 携帯にせよコンピュータにせよ 中身は数学で 基底部分では すべてが数字なのです ビデオにせよ テキストにせよ音楽にせよ 音声にせよ すべて数字で 数学的な関数で処理されています ラブレスは言いました 「数学の関数や記号を使っているからといって 音楽のような 実世界の他のものを 表現できない理由はありません」 これは大きな飛躍ですバベッジは 「このすごい関数を計算して 数表を印刷し グラフを描けるぞ」と言い (笑) 一方ラブレスは 「音楽を数値的に表現すれば この機械に作曲させることだってできるでしょう」と言うのです 私はこれを「ラブレスの飛躍」と言っています みんな彼女をプログラマだと言いますプログラミングも 確かにしましたが 重要なのは 彼女が 未来はそれよりも ずっとすごいものになると予見していたことです

百年後にこの男 アラン・チューリングが現れます1936年に彼はコンピュータを再発明しました バベッジのマシンはまったく機械式でしたが チューリングのはまったく理論的なものでした 両者とも数学的な視点から出発していますが チューリングはとても重要なことを言いました 彼はコンピュータサイエンスの 数学的基礎を築き 「コンピュータの作り方は問題ではない」と言ったのです バベッジのマシンのように機械式であろうと 今日のマシンのように電子的であろうと 未来のマシンのようにセルか あるいは ナノテクノロジーを使った機械式だろうと 違いはないのです バベッジのマシンを小さくするだけです いずれもコンピュータですコンピュータのエッセンス のようなものがあって チャーチ=チューリングのテーゼと

呼ばれていますが それによって バベッジの作ったものは 本当にコンピュータだったと言えるのです 実際今日のコンピュータでできることは何でもできました ただ すごく遅いというだけです (笑) どれくらい遅かったかというと メモリ容量は1kで パンチカードで入力し 最初のZX81より1万倍遅かったのです あれはRAMパックがあって 必要ならメモリを追加することができました (笑)

今日の状況がどうなっているかですが 図面があります スウィンドンにあるサイエンス・ミュージアムの保管庫には バベッジがこの解析機関について書いた 何百という図面と何千ページものノートがあります その中の一組は「図面28」と呼ばれていて これはサイエンス・ミュージアムのキュレータだった ドロン・スウェードと私で始めた募金の 名称にもなっています彼は階差機関構築プロジェクトの 責任者でもありました 私たちの計画はここサウス・ケンジントンで 解析機関を構築するというものです

プロジェクトには沢山の要素があります 一番目はバベッジの文書のスキャンで これは完了しています 二番目の今やっていることは 何を作るか決めるため それらの図面を研究することです 三番目は そのマシンをコンピュータシミュレーションすることです そして最後にサイエンスミュージアムで現物を作ります

これができれば コンピュータの仕組みがようやく 分かるようになります小さなチップの代わりに この巨大な機械を見たら こうつぶやくことでしょう「ああ メモリが動いているのが見える CPUが動いてる音がする動いている臭いもする」(笑) しかし それまではシミュレーションです

バベッジ自身書いています 解析機関ができるやいなや それは科学の未来の道筋を導くことになるだろうと 彼はアイデアを弄ぶばかりで 結局 作りませんでしたがコンピュータが 実際に1940年代に作られると すべてが変わったのです

動く様子がどんなものか ビデオでちょっとお見せしましょう CPUのメカニズムの一部が動いているところです 3組の歯車で 足し算をしています このが加算機構の動作ですこの巨大なマシンが どんなものか想像できるでしょう

私に5年ください 2030年代になる前に 作り上げます

どうもありがとうございました (拍手)

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