Romuald Marczyński i maszyny niemal liczące

Wrzesień 1946 roku. Redakcja popularnonaukowego miesięcznika „Problemy” publikuje artykuł zaczynający się od słów „Żyjemy w świecie fantastyczniejszym niż świat starych bajek” – zdania, które otworzy historię polskiej informatyki.

To opis amerykańskiego „robota-matematyka”, pierwszej w dziejach ludzkości „o fenomenalnych właściwościach, elektronowej maszyny do liczenia” – czyli ENIAC-a. Zajmujące pomieszczenie o rozmiarach 9 na 15 m2, ważące 30 ton i zbudowane z 18 tysięcy lamp elektronowych urządzenie może wykonać do 5000 dodawań na sekundę i w ciągu pół minuty obliczyć tor pocisku lecącego w powietrzu minutę. Biegły rachmistrz wyposażony w arytmometr rozwiązywałby to samo zadanie w ciągu… 20 godzin!

Ten numer „Problemów” wpadł w ręce studenta Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiego, Romualda Marczyńskiego, który świetnie zapamiętał tekst o „robocie-matematyku”. Gdy dwa lata później garstka młodych naukowców postanowiła zbudować w podnoszącej się z wojennych zniszczeń Warszawie maszynę liczącą co najmniej równie dobrą jak ENIAC, Marczyński był jednym z założycieli Grupy Aparatów Matematycznych.

Pozbawieni nie tylko odpowiednich technologii i dostępu do literatury, ale nawet… lokalu pasjonaci początkowo zajmowali się pracami teoretycznymi. Jednym z głównych tematów dyskusji między nimi było, czy przyszłość należy do maszyn cyfrowych (jak ENIAC) czy analogowych.

Te drugie działały poprzez przypisanie liczbom pewnych wartości fizycznych (np. długości, objętości, ciężaru czy właściwości prądu elektrycznego), a ich do dziś najpopularniejszym przedstawicielem jest suwak logarytmiczny. Choć maszyny analogowe siłą rzeczy nie mogły być tak uniwersalne i precyzyjne jak ich cyfrowi konkurenci, ich wykonanie kosztowało o wiele mniej, prognozowano zatem, że szybko „awansują do rangi nieodłącznego atrybutu współczesnego inżyniera”.

Członkowie Grupy Aparatów Matematycznych zajmowali się zatem i maszynami analogowymi, a szczytowym osiągnięciem GAM w tej dziedzinie był stworzony przez zespół pod kierunkiem Leona Łukaszewicza Analizator Równań Różniczkowych (ARR). „Problemy” z dumą donosiły, że „proste pokręcenie gałkami zastępuje tygodnie żmudnych obliczeń wykonywanych przez liczny zespół rachmistrzów”.

Co ważne, ARR wyglądał równie dostojnie jak zachodnie maszyny liczące – składał się z sześciu dwumetrowych szaf, w których wnętrzu ukryto prawie 500 lamp elektronowych, a cała konstrukcja ważyła dwie tony. Jego przemawiające do masowej wyobraźni zdjęcia chętnie pokazywała prasa. Dokonania Grupy – dla zyskania powagi przemianowanej na Zespół Aparatów Matematycznych – po raz pierwszy dotarły do społeczeństwa.

Marczyński wierzył jednak, że maszyny analogowe to ślepy zaułek rozwoju techniki. Gdy zatem reszta Zespołu zbierała nagrody i wyrazy uznania za zbudowanie ARR, on spokojnie pracował nad urządzeniem cyfrowym. Nazwał je Elektroniczną Maszyną Automatycznie Liczącą. W skrócie – EMAL.

EMAL wzorowany był na angielskim, uruchomionym w 1949 roku EDSAC-u. Oczywiście Marczyński nie miał szans, by zobaczyć na własne oczy pierwowzór, zatem konstrukcja i budowa maszyny stanowiły już całkowicie oryginalne dzieło polskiego inżyniera. Wprowadził on również kilka nowatorskim usprawnień takich jak możliwość bezpośredniego wykonywania operacji dzielenia (EDSAC potrafił dzielić tylko dzięki użyciu specjalnego podprogramu).

EMAL miał wykonywać do 2000 dodawań i 450 pomnożeń na sekundę, a dane do niego wprowadzałoby się za pomocą zestawu dalekopisowego. Pozwalałoby to na kontakt z maszyną z szybkością nieco tylko mniejszą niż 60 liczb na minutę. Romuald Marczyński uruchomił swoją konstrukcję w 1955 roku.

Niestety, maszyna pracowała źle. Problemem nie do pokonania okazały się części. EMAL-a wykonano bowiem na bazie… starych, pozostawionych jeszcze przez armię niemiecką lamp elektronowych i innych komponentów, których jakość nie mogła zapewnić bezawaryjności. Nic dziwnego, trudno bowiem przypuszczać, by hitlerowscy technicy zakładali, że z ich podzespołów budowane będą kiedyś… maszyny liczące. Polski przemysł nie dysponował zaś jeszcze zamiennikami odpowiedniej klasy. Co chwilę padała zatem jedna z ponad tysiąca lamp, w oparciu o które działał EMAL, co przerywało obliczenia i wymagało każdorazowo żmudnych napraw.

W efekcie to, co dużym nakładem sił i środków uruchomiono, zaraz się psuło, wywołując u młodych naukowców uczucie zniechęcenia. Ta „bariera technologiczna” spowodowała, iż w praktyce użyteczność urządzenia była żadna. Jak z przekąsem mawiano w Zakładzie Aparatów Matematycznych: „EMAL liczy niemal”. Dwa lata później rozebrano go na części.

W 1958 roku grupa inżynierów i matematyków zatrudnionych w Zakładzie Aparatów Matematycznych i kierowanych przez twórcę ARR Leona Łukaszewicza uruchomiła XYZ – pierwszą polską „elektronową maszynę cyfrową”, którą działała. Zbudowane z przeszło 4000 lamp elektronowych i 2000 diod urządzenie liczyło poprawnie. Potrafiło w ciągu jednej sekundy dodawać i odejmować nawet do 4500 liczb!

Tak po latach opisywał tę konstrukcję Bogdan Miś, wówczas student matematyki Uniwersytetu Warszawskiego, później pracownik ZAM i popularyzator informatyki: „Niezgrabne pudło stołu operatora mrugało neonówkami, dwa ekrany oscyloskopów zielonkawo świeciły nad rzędami przełączników. Na zwykłym, biurowym wykoślawionym krześle siedział technik, mający po swej prawej stronie rząd dziwnych ni to szaf, ni to półek oplątanych gęstwiną kabli i jarzących się setkami lamp elektronowych. Po jego lewej stronie huczał, dudnił i dygotał piekielny przyrząd – reperforator, połykając i wypluwając stosy kartonowych prostokącików z zakodowaną na nich informacją. W głębi stała ogromna szafa pełna tajemniczych rur – pamięć maszyny. Było gorąco, duszno i hałaśliwie. Wszyscy jednak staliśmy w nabożnym skupieniu, rozumiejąc, że jesteśmy świadkami wydarzenia o trudnej do przecenienia doniosłości: do Polski dotarła rewolucyjna technika elektronicznych maszyn matematycznych”.

XYZ dokonał przełomu w świadomości Polaków. Władze PRL, autentycznie dumne z osiągnięcia rodzimej myśli technicznej, chętnie pokazywały urządzenie społeczeństwu. Reportaż poświęcony dziełu naukowców z ZAM wyemitowała telewizja publiczna, a konstruktorzy zaprogramowali dla potrzeb telewidzów specjalny efekt graficzny – na oscyloskopie, na którym normalnie prezentowano rezultaty obliczeń, wyświetlała się… figurka pieska podnoszącego nogę i podlewającego drzewko. Oczywiście, jak przekonywał „Młody Technik”, maszyna potrafiła znacznie więcej – mogłaby nawet wyliczać orbity „sputników” i kierować rakietami!

Tymczasem Romuald Marczyński nie zamierzał rezygnować ze stworzenia maszyny konkurencyjnej dla XYZ. Jeszcze w 1956 opuścił Zakład Aparatów Matematycznych, by na Politechnice Warszawskiej rozpocząć konstruowanie EMALa-2.

Z nieudanym przodkiem nowe urządzenie łączyła jednak tylko nazwa. Drugi EMAL był o wiele mniejszy. Adam Empacher pisał nawet, że „można by bez przesady rzec, iż jest konstrukcji przenośnej” (czytelnik łatwo zweryfikuje to stwierdzenie, patrząc na zdjęcie poniżej). Maszyna zużywała też – jak chwalił ją Empacher – „tyle prądu co piecyk elektryczny” i korzystała z zaledwie około stu lamp (co powinno przekładać się na wyraźnie dłuższy czas bezawaryjnej pracy).

Co ciekawe, w charakterze obudowy do układów elektronicznych Marczyński wykorzystał klocki „Młody Architekt” (czyli PRL-owską podróbkę LEGO). Dzięki temu mógł łatwo składać z nich większe konstrukcje, a w razie awarii szybko wymienić wadliwy komponent. Był to prawdopodobnie jedyny w historii przykład użycia zabawkowych klocków do budowy maszyny liczącej.

Nowym EMAL-em zainteresowało się nawet złowrogie Ministerstwo Spraw Wewnętrznych, dostrzegając jego użyteczność w opracowywaniu technik szyfrujących, a prace nad nim szybko przeniesiono do prestiżowego Instytutu Badań Jądrowych Polskiej Akademii Nauk.

Co ciekawe, w 1960 roku na Politechnice Warszawskiej konkurencyjny zespół pod kierunkiem Andrzeja Łazarkiewicza zdołał uruchomić Uniwersalną Maszynę Liczącą (UMC-1). Szybko zbudowano pięć sztuk urządzenia, co pozwala uznać je za pierwszą polską maszynę liczącą produkowaną seryjnie (w latach późniejszych wrocławskie zakłady ELWRO wyprodukują jeszcze 25 egzemplarzy tego modelu, a jeden zostanie nawet sprzedany na Węgry).

Tymczasem Romuald Marczyński kończył budowę EMALa-2, który miał stać się fundamentem powołanego do życia w 1961 roku Centrum Obliczeniowego Polskiej Akademii Nauk z siedzibą w Pałacu Kultury i Nauki. Kierownictwo tej instytucji dostrzegło jednak, że krajowe prototypy pod względem możliwości od urządzeń zagranicznych dzieli przepaść . Zdecydowano zatem o zakupie radzieckiej maszyny URAŁ-2 – był to pierwszy jej egzemplarz działający poza granicami ZSRR.

Uruchomienie radzieckiej maszyny stanowiło duże wydarzenie nie tylko w kręgu fachowców. Odnotowała je także prasa codzienna, informująca obywateli, iż pobity właśnie został krajowy rekord szybkości liczenia. Dodawano zaraz, że gość z ZSRR „najsprawniej liczy głuchą nocą, gdy napięcie w warszawskiej sieci energetycznej jest względnie stabilne”. URAŁ-2, potrafiący wykonywać nawet dwanaście i pół tysiąca operacji na sekundę, był wówczas zdecydowanie najnowocześniejszą maszyną cyfrową w kraju i to w oparciu o niego zbudowano Centrum Obliczeniowe PAN.

Z takim gigantem EMAL-2 nie mógł się równać i w efekcie nie znalazł żadnego praktycznego zastosowania. Choć Romuald Marczyński pracował w Polskiej Akademii Nauk aż do emerytury, nigdy już nie podjął się budowy kolejnych maszyn liczących.