XYZ: Rewolucyjna technika maszyn matematycznych dociera do Polski [Bajty z brodą]

Stworzone w latach 1943-1945 na Uniwersytecie Pensylwanii urządzenie w rzeczywistości nie było ani pierwszą, ani nawet najbardziej dojrzałą konstrukcyjnie z funkcjonujących wówczas „maszyn matematycznych”, niemniej dumni Amerykanie nie utajnili jego istnienia, toteż informacje o tym wynalazku dotarły również do Polski. Zajmujący pomieszczenie o rozmiarach 9 na 15 m2, ważący 30 ton i zbudowany z 18 tysięcy lamp elektronowych ENIAC mógł 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.

Podobnie jak na całym świecie, tak i w podnoszącej się z wojennych zniszczeń Polsce opis ENIAC-a rozpalał wyobraźnię młodych matematyków i entuzjastów techniki. Leon Łukaszewicz, wówczas świeżo upieczony inżynier zatrudniony w Państwowym Instytucie Telekomunikacyjnym wspominał, że był: „pod wielkim wrażeniem zarówno konstrukcji, jak i możliwości obliczeniowych tej maszyny. Wynikało z nich, że to, co ja liczę cały dzień, maszyna ta liczy w sekundy”.

W grudniu 1948 roku Łukaszewicz postanowił rzucić dotychczasową pracę i dołączył do grona pasjonatów, stawiających sobie za cel zbudowanie polskiego ENIAC-a.

Inicjatorem tego odważnego przedsięwzięcia był profesor Kazimierz Kuratowski, dyrektor powołanego właśnie do życia Państwowego Instytutu Matematycznego, który udał się jesienią 1948 roku w podróż do Stanów Zjednoczonych, by zobaczyć słynną maszynę liczącą na własne oczy.

Kuratowski uwierzył wówczas, że Polacy są w stanie konstruować podobne urządzenia i przekonał do swojej idei kilku młodych, często kończących jeszcze przerwane przez wojnę studia entuzjastów.

W ten sposób uformowała się Grupa Aparatów Matematycznych (GAM), na czele której stanął logik i matematyk Henryk Greniewski. Jak wspominał Łukaszewicz: „powierzenie mu kierownictwa okazało się szczęśliwą decyzją. W samej budowie komputerów nie mógł on wiele pomóc, ale miał z nas wszystkich największe doświadczenie życiowe i dzielił się nim z nami bardzo chętnie. Poza tym miał on wielki urok osobisty, a dyskutując z nim na tematy ogólnonaukowe i filozoficzne, zapominało się o całym świecie”.

Istotnie, początkowo młodzi uczeni mogli co najwyżej dyskutować, nie dysponowali bowiem ani odpowiednim sprzętem, ani funduszami. Nie oddano do ich dyspozycji nawet lokalu, gdyż w podnoszącej się z ruin Warszawie przy podziale dostępnych pomieszczeń obowiązywały inne priorytety.

A zatem – oddajmy ponownie głos Leonowi Łukaszewiczowi – „okres ten upływał nam na planowaniu zajęć laboratoryjnych, studiach zaczynającej docierać do nas literatury oraz spotkaniach seminaryjnych. Jednym z tematów tych spotkań było poprawne zdefiniowanie pojęcia maszyny liczącej”.

Jesienią 1950 roku członkowie Grupy Aparatów Matematycznych otrzymali trzy pokoje w odbudowanym gmachu dawnego Warszawskiego Towarzystwa Naukowego przy ul. Śniadeckich 8. Dysponując lokalem, mogli wreszcie przejść od dyskusji i teoretycznych rozważań do praktyki.

Początkowo jednak, zamiast budować maszyny cyfrowe (takie jak ENIAC), uznawane na świecie za nowocześniejsze, polscy konstruktorzy skupili się na maszynach analogowych.

Urządzenia te pracują poprzez przypisanie liczbom pewnych wartości fizycznych (np. długości, objętości, ciężaru czy właściwości prądu elektrycznego), a ich do dziś najpopularniejszy przedstawiciel to… 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, iż szybko „awansują do rangi nieodłącznego atrybutu współczesnego inżyniera”.

Już w roku 1954 zespół pod kierunkiem Łukaszewicza mógł pochwalić się zbudowaniem służącej do analizy wielomianów algebraicznych elektronicznej maszyny AWA, jak pisano o niej w prasie: „niewielkiego aparatu, wagi zaledwie około 25 kg, a więc łatwo przenośnego”. Szare, prostopadłościenne pudełko, zaopatrzone z przodu w tablicę z pokrętłami służącymi do nastawiania współczynników wielomianu nie prezentowało się jednak tak efektownie jak ENIAC.

Na szczęście, o wiele poważniej wyglądał składający się z sześciu wysokich na dwa metry szaf, skonstruowany z użyciem blisko pięciuset lamp elektronowych i ważący prawie dwie tony Analizator Równań Różniczkowych (ARR). Parametry urządzenia zmieniało się poprzez manipulowanie potencjometrami, a efekty jego pracy wyświetlane były na kilku ekranach. „Problemy” z dumą donosiły, że „proste pokręcenie gałkami zastępuje tygodnie żmudnych obliczeń wykonywanych przez liczny zespół rachmistrzów”.

ARR stał się pierwszą w dziejach Grupy systematycznie eksploatowaną maszyną liczącą oraz przyniósł swoim twórcom nagrodę państwową (1955). Jak przyznał Łukaszewicz: „Uznanie to było bardzo na czasie, gdyż oczekiwanie na pierwsze efekty pracy GAM-u przeciągało się już znacznie, wyczerpując przez to cierpliwość władz Akademii”.

Szybko powstawały kolejne maszyny analogowe, często o fantazyjnych nazwach takich jak EMIRR (Elektro-Mechaniczny Integrator Równań Różniczkowych) czy ARAL (Analizator Równań Algebraicznych Liniowych), zaś zyskująca na powadze GAM zmieniła nazwę, stając się Zakładem Aparatów Matematycznych (ZAM) w ramach Instytutu Matematycznego Polskiej Akademii Nauk. Na czele placówki stanął Leon Łukaszewicz.

Choć nie było wówczas jasne, czy przyszłość należy do maszyn analogowych czy cyfrowych, w tym samym czasie, gdy powstawał ARR, pod przywództwem Romualda Marczyńskiego pracowano już nad maszyną cyfrową. Co ciekawe, wiele lat później Marczyński – jeden z założycieli GAM – w wywiadzie udzielonym miesięcznikowi „Bajtek” przyznał, iż o istnieniu maszyn liczących dowiedział się jako student Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej z… artykułu Tadeusza Unkiewicza.

Zespół Marczyńskiego w 1955 roku zdołał zbudować Elektroniczną Maszynę Automatycznie Liczącą EMAL. Nie była to konstrukcja w pełni oryginalna, bowiem jej autorzy wzorowali się na uruchomionej sześć lat wcześniej brytyjskiej maszynie EDSAC.

Niestety, EMAL-a zbudowano na bazie starych, pozostawionych jeszcze przez armię niemiecką lamp elektronowych i innych komponentów, których jakość nie mogła zapewnić bezawaryjności. W efekcie to, co dużym nakładem sił i środków uruchomiono, szybko się psuło, wywołując u młodych naukowców uczucie zniechęcenia.

Zatem choć teoretycznie maszyna mogła – tak jak brytyjski EDSAC – wykonywać skomplikowane obliczenia naukowe, nawet do 2000 dodawań lub 450 pomnożeń na sekundę, „bariera technologiczna” spowodowała, iż w praktyce jej użyteczność była żadna. Jak z przekąsem mówiono w Zakładzie Aparatów Matematycznych: „EMAL liczył niemal”. Rozebrano go dwa lata później.

W Zakładzie Aparatów Matematycznych zapadła decyzja, by raz jeszcze podjąć próbę zbudowania i uruchomienia „elektronowej maszyny cyfrowej”. W Domu Pracy Twórczej Polskiej Akademii Nauk „Mądralin” w Otwocku zebrała się pod kierownictwem Łukaszewicza oraz Zygmunta Sawickiego grupa elektroników i matematyków, by opracować koncepcję urządzenia.

Odcięcie się od nieudanego EMAL-a i symboliczne ogłoszenie nowego otwarcia w dziejach Zespołu, zamanifestowano, nazywając nową maszynę ABC.

Co ciekawe, nie miała być ona konstrukcją oryginalną (choć jako taką przedstawiała ją później prasa). Wzorowano się przede wszystkim na amerykańskim IBM 701, wprowadzonym do sprzedaży w USA w roku 1952, gdyż – jak przyznawał Łukaszewicz – „zakładaliśmy, że tak poważna firma jak IBM w wyborze swym nie może się mylić”. Korzystano również z rozwiązań stosowanych w radzieckich maszynach BESM.

By urządzenie mogło być wykorzystywane do obliczeń, oprócz samej maszyny, należało również opracować stosowne programy. Jak wspominał członek zespołu, któremu powierzono to odpowiedzialne zadanie, Antoni Mazurkiewicz: „żaden z nas nie widział wówczas działającej maszyny cyfrowej, wiedzę o oprogramowaniu czerpaliśmy z nielicznych publikacji zagranicznych”.

Mimo tak skromnych doświadczeń, zespół ten zdołał przygotować m.in. język SAKO (System Automatycznego Kodowania), bazujący na amerykańskim, stworzonym w latach 50. dla firmy IBM języku FORTRAN. Dzięki swej uproszczonej strukturze oraz komunikowaniu się z użytkownikiem komendami w języku polskim umożliwił on korzystanie z maszyny liczącej także osobom spoza kręgu jej konstruktorów.

Urządzenie było gotowe już po niecałych dwóch latach prac, jesienią 1958 roku. Postanowiono jednak zmienić jego nazwę, przewrotnie wybierając zupełnie inne litery alfabetu – zamiast ABC pierwszą polską w pełni funkcjonalną elektroniczną maszyną cyfrową został zatem… XYZ.

Tak po latach opisywał tę konstrukcję Bogdan Miś, wówczas student matematyki Uniwersytetu Warszawskiego, później pracownik ZAM i znany 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”.

Bodaj największym problemem przy pracy z XYZ okazało się wyprowadzanie wyników obliczeń. Nie dość, że stukot wspomnianego przez Bogdana Misia reperforatora dziurkującego karty słychać było w całym gmachu przy ul. Śniadeckich, to jeszcze, by dowiedzieć się, co w ogóle maszyna na nie naniosła, trzeba było… jeździć do Głównego Urzędu Statystycznego, tam bowiem zainstalowany był przyrząd tłumaczący zawartość kart perforowanych na język zrozumiały dla człowieka.

Mimo wszystkich trudności i problemów, zbudowany z przeszło 4000 lamp elektronowych i 2000 diod XYZ spełniał swoje zadanie – liczył. Potrafił w ciągu jednej sekundy dodawać i odejmować nawet do 4500 liczb!

XYZ dokonał przełomu również w świadomości Polaków. Dotychczas bowiem tematyka maszyn liczących istniała w prasie co najwyżej w postaci sensacyjnych doniesień o kolejnych dokonaniach „mózgów elektronowych”.

Tę błędną, sugerującą inteligencję automatu, nazwę rzadko próbowali zwalczać fachowcy. Zdzisław Pawlak, w opublikowanym na łamach „Problemów” artykule pt. „Myślą czy nie myślą?”, tłumaczył: „gdy słyszymy, że aparaty liczą, rozumują, tłumaczą, wykonują czynności, które do niedawna były wyłącznym przywilejem człowieka – mimo woli równamy je z ludźmi, zapominając, że procesy w aparacie i organizmie są całkiem różne, nieporównywalne, a podobieństwo tylko powierzchowne”.

„Być może, Drogi Czytelniku – przekonywał Pawlak – dotrą do Ciebie jeszcze dziwniejsze wieści o aparatach; może usłyszysz, że grają one w szachy, uczą się, piszą listy miłosne. Pamiętaj, nie będzie to jednak oznaczało, że udało się aparaty obdarzyć inteligencją, lecz odwrotnie, że ktoś trudną do tej pory pracę umysłową usiłuje sprowadzić lub sprowadził do podrzędnej roli »bezmyślnej roboty«”.

Dopiero pojawienie się XYZ pozwoliło, by temat maszyn liczących na dłużej pojawił się w mediach. Władze PRL-u, autentycznie dumne z osiągnięcia polskiej myśli technicznej, chętnie pokazywały urządzenie społeczeństwu.

Reportaż poświęcony dziełu naukowców z ZAM wyemitowała nawet telewizja publiczna, a konstruktorzy XYZ 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 ta potrafiła znacznie więcej – mogłaby nawet wyliczać orbity „sputników” i kierować rakietami!

Póki co jednak wykorzystywano ją do akademickich rachunków, w której to dziedzinie zaimponowała także radzieckim matematykom i elektronikom. Gdy przyjechali oni do Warszawy, by zapoznać się z dziełem polskich konstruktorów – jak opowiadał Leon Łukaszewicz: „na naszą prośbę akademik sformułował pewien dość prosty, lecz nietrywialny problem obliczeniowy: podać przybliżone rozwiązanie cząstkowego równania różniczkowego ciepła z zadanymi warunkami początkowymi i brzegowymi. Problem ten został bardzo szybko zakodowany przez Antoniego Mazurkiewicza w SAKO, po czym maszyna po kilkunastu minutach liczenia wydrukowała prawidłowy wynik”.

Zaskoczeni goście z Moskwy ocenili możliwości programowania XYZ jako osiągnięcie „pionierskie w skali całego naszego obozu” i przewyższające rozwiązania, jakimi dysponowali oni sami.

Niekwestionowany sukces naukowy i medialny XYZ nie tylko przyniósł jego konstruktorom nagrodę państwową, ale – jak wspominał Janusz Groszkowski – stanowił także „dowód, że budowa maszyn cyfrowych w kraju jest rzeczą zupełnie możliwą. Wywołał on też wkrótce zainteresowanie naszych władz gospodarczych maszynami cyfrowymi i przydział poważniejszych środków na rozwój tej dziedziny”. Bardzo szybko przyniosło to imponujące owoce.

Już w 1960 roku na Politechnice Warszawskiej zespół współtwórcy wspominanego wyżej analogowego Analizatora Równań Różniczkowych, Antoniego Łazarkiewicza, skonstruował i uruchomił Uniwersalną Maszynę Cyfrową UMC-1 (której następnie zdołano wyprodukować aż pięć sztuk).

W lutym 1959 roku minister przemysłu ciężkiego podpisał akt erekcyjny Wrocławskich Zakładów Elektronicznych T-21 (które wkrótce przyjęły nazwę zgrabniejszą, wziętą ze skrótu telegraficznego – ELWRO), gdzie uruchomiono seryjną produkcję UMC-1 oraz rozpoczęto konstruowanie własnych maszyn Odra (prototypową Odrę 1001, zbudowaną według autorskiej koncepcji inżynierów z Wrocławia, uruchomiono już w 1961 roku).

W Zakładzie Aparatów Matematycznych (przemianowanym w międzyczasie na Instytut Maszyn Matematycznych Polskiej Akademii Nauk) próbowano z kolei udoskonalić konstrukcję XYZ w sposób taki, by urządzenie można było produkować seryjnie i instalować u odbiorców zewnętrznych. W nowej, nazwanej ZAM-2, maszynie zainstalowano m.in. system wewnętrznego chłodzenia, który pozwalał jej pracować nawet w nieklimatyzowanych pomieszczeniach, a hałaśliwy i ogromny reperforator zastąpiono czytnikiem i drukarką papierowej taśmy perforowanej oraz dalekopisem.

Historię pojawienia się i prób budowy w Polsce cyfrowych maszyn liczących – od ogromnych, zajmujących całe pokoje „mózgów elektronowych” po miniaturowe urządzenia o gabarytach jednotomowej „Encyklopedii Popularnej PWN” – opisałem w książce „Automaty liczą”, jedynej tego typu publikacji na polskim rynku.

Czytelników zainteresowanych opowieścią o narodzinach krajowej informatyki – i o tym, jak z akademickich laboratoriów komputery trafiły do fabryk, urzędów i gabinetów działaczy PZPR, by pod koniec lat 80. znaleźć się również w mieszkaniu statystycznego obywatela – zapraszam zatem do książki i życzę owocnej lektury.

A XYZ? Czasy, w których maszyna powstała, były ciężkie, a każdy element, który dało się powtórnie wykorzystać, na wagę złota. Z pierwszym polskim komputerem konstruktorzy obeszli się więc bez sentymentów – zdemontowano go i tylko kilka części po latach trafiło do Muzeum Techniki.

Bartłomiej Kluska

Źródła fotografii: ilustracja tytułowa – „Młody Technik” nr 12/1958; XYZ i ARR – B. Buśko, J. Śliwieński, 1000 słów o komputerach i informatyce, Warszawa 1979; EMAL, Odra 1001 oraz pulpit sterujący XYZ – „Informatyka”, nr 8-12/1989.