Bức chân dung dệt đã gợi ý gì cho cỗ máy tính của Charles Babbage?

Khi đứng trước bức chân dung Joseph-Marie Jacquard, Công tước Wellington tưởng đó là một bức tranh khắc. Hoàng thân Albert nhận ra sự thật: hình ảnh ấy được dệt trên lụa. Theo bài viết của Science History Institute, điều khiến Charles Babbage chú ý không chỉ là vẻ giống tranh, mà là cơ chế đã biến hàng nghìn thẻ đục lỗ thành một hình ảnh. Từ đó, ông nhìn thấy một khả năng lớn hơn: nếu thẻ có thể điều khiển từng sợi dọc để dệt hoa lá, chúng cũng có thể điều khiển một cỗ máy thực hiện phép tính. [1]

Câu chuyện quan trọng vì nó cho thấy ý tưởng về máy tính lập trình không xuất hiện tách rời khỏi kỹ nghệ cơ khí. Babbage đã chuyển một nguyên lý của ngành dệt thành mô hình cho cỗ máy phân tích: máy không chỉ xử lý con số, mà còn nhận chỉ dẫn về việc phải làm gì với những con số ấy. [1]

Vì sao bức chân dung trông như tranh khắc?

Bức chân dung Jacquard được tạo trên khung dệt Jacquard, một loại máy có thể sắp xếp nhiều màu và nhiều nhóm sợi để tạo thành hình ảnh. Năm 1839, một bản chân dung như vậy được làm từ hơn 24.000 thẻ. Khi được căng trên khung, phủ kính và đóng khung, bề mặt lụa tạo ấn tượng thị giác đủ mạnh để bị hai thành viên của Royal Academy tưởng là tranh khắc. Chi tiết này giải thích vì sao Babbage xem nó như một thành tựu cơ khí, chứ không chỉ là đồ dệt trang trí. [1]

Trong bức chân dung, trên bàn cạnh Jacquard có hình ảnh chiếc máy đã tạo ra nó. Với Babbage, bức tranh và bộ máy không thể tách rời: hình ảnh trước mắt là kết quả của một chuỗi chỉ dẫn được mã hóa trên thẻ. Mỗi thẻ không tự “hiểu” nội dung bức chân dung, nhưng nó quy định những sợi nào được nâng lên trong một lượt đưa thoi. Nối nhiều thẻ lại, người thợ có thể tái tạo lần lượt từng hàng của mẫu dệt. [1]

Trước Jacquard, việc dệt hoa văn khó ở đâu?

Các khung dệt kéo sợi dọc lên xuống để sợi ngang đi qua. Muốn tạo hoa văn, người thợ phải lựa chọn đúng nhóm sợi trong từng lượt. Một hàng có thể chứa hàng trăm sợi dọc, nên công việc theo dõi rất nặng nề. Thông thường, một người phụ việc gọi là drawboy phải nhớ và thực hiện việc nâng hoặc hạ từng nhóm sợi theo chỉ dẫn của thợ dệt. [1]

Nhiều nỗ lực trước đó đã tìm cách cơ giới hóa khâu này. Năm 1745, Jacques de Vaucanson thiết kế một khung dệt dùng trống kim loại có các chốt để kích hoạt móc nâng sợi. Nguyên mẫu hoạt động, nhưng trống đắt và phù hợp nhất với một mẫu lặp lại. Vấn đề không chỉ là làm máy chạy được; đó là làm cho máy có thể tiếp nhận nhiều mẫu khác nhau mà không phải chế tạo lại toàn bộ cơ cấu. [1]

Thẻ đục lỗ thay đổi khung dệt thế nào?

Jacquard thay trống của Vaucanson bằng các thẻ giấy có lỗ. Mỗi vị trí trên thẻ tương ứng với một thanh kim loại và một nhóm sợi dọc. Khi thanh gặp phần bìa đặc, sợi liên quan được giữ nguyên; khi đi qua lỗ, cơ cấu sẽ nâng sợi lên. Một thẻ có thể chứa nhiều lỗ, nhờ đó tạo ra một tổ hợp sợi cụ thể cho lượt đưa thoi tiếp theo. [1]

Các thẻ được nối bằng dây để chuỗi thao tác tiếp tục qua từng hàng của hoa văn. Người thợ không còn cần một drawboy theo dõi toàn bộ trình tự. Theo tài liệu của Science History Institute, khung dệt mới có thể do một người giám sát và tạo vải hoa nhanh hơn nhiều so với khung truyền thống. Quan trọng hơn, số lượng thẻ có thể tăng theo độ phức tạp của thiết kế, nên hệ thống không bị giới hạn vào một mẫu lặp đơn giản. [1]

Babbage đã nối dệt may với phép tính ra sao?

Từ thập niên 1820, Babbage đã quan tâm đến việc tạo các bảng toán học cho nhà thiên văn, trắc địa và hàng hải. Việc tính và chép bảng diễn ra lặp đi lặp lại, trong khi sai sót có thể khiến bảng định hướng dẫn đường cho tàu bị lệch. Ông đề xuất Difference Engine, một cỗ máy đồng hồ có thể dùng sai phân của dãy số để tạo nội dung bảng. Tuy nhiên, ông chỉ hoàn thành một phần máy để trình diễn vào năm 1832. [1]

Khung dệt Jacquard mở ra cho Babbage một cách nghĩ khác về máy tính. Một cỗ máy có thể gồm phần thực hiện thao tác và phần nhận chỉ dẫn, giống như khung dệt gồm cơ cấu nâng sợi và chuỗi thẻ quy định mẫu. Vì thế, ông theo đuổi Analytical Engine, dự án tham vọng hơn có khả năng thực hiện nhiều loại phép tính thay vì chỉ tạo một dạng bảng. Điểm then chốt nằm ở tính linh hoạt của thẻ: chúng có thể cung cấp cả dữ liệu số lẫn hướng dẫn vận hành. [1]

Vì sao ý tưởng ấy còn ảnh hưởng về sau?

Babbage không hoàn thành được các cỗ máy của mình. Việc Difference Engine chưa hoàn tất khiến nỗ lực xin hỗ trợ cho Analytical Engine trở nên khó khăn, và ông dành nhiều năm vẽ bản thiết kế cũng như thuyết phục người khác về tiềm năng lâu dài của dự án. Ada Lovelace nhận ra điểm khác biệt của Analytical Engine nằm ở khả năng dùng thẻ đục lỗ để đưa vào số liệu và chỉ dẫn; theo cách diễn đạt của bà, máy có thể “dệt” các mẫu đại số như khung Jacquard dệt hoa lá. [1]

Nguyên lý thẻ đục lỗ không kết thúc ở các bản vẽ của Babbage. Năm 1889, Herman Hollerith xây dựng một máy lập bảng cho Cục Điều tra Dân số Hoa Kỳ theo hướng tương tự. Công ty do ông thành lập, sau nhiều lần sáp nhập, trở thành IBM; các bộ đọc thẻ đục lỗ của IBM về sau được dùng trong ENIAC và những máy tính kế tiếp. Vì vậy, bức chân dung bằng lụa không phải là một chiếc máy tính thu nhỏ, nhưng nó giúp làm rõ một ý tưởng nền tảng: thông tin có thể được mã hóa thành chuỗi chỉ dẫn để máy xử lý. [1]