مقالات أخرى في السلسلة:
- تاريخ التتابع
- تاريخ أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية
- تاريخ الترانزستور
- تاريخ الإنترنت
كما رأينا في اكتشف مهندسو الراديو والهاتف الذين يبحثون عن مكبرات صوت أكثر قوة مجالًا تكنولوجيًا جديدًا أطلق عليه بسرعة اسم الإلكترونيات. يمكن بسهولة تحويل المضخم الإلكتروني إلى مفتاح رقمي، يعمل بسرعات أعلى بكثير من ابن عمه الكهروميكانيكي، مرحل الهاتف. نظرًا لعدم وجود أجزاء ميكانيكية، يمكن تشغيل وإيقاف الأنبوب المفرغ في ميكروثانية أو أقل، بدلاً من العشرة ميلي ثانية أو أكثر التي يتطلبها المرحل.
ومن عام 1939 إلى عام 1945، تم إنشاء ثلاثة أجهزة كمبيوتر باستخدام هذه المكونات الإلكترونية الجديدة. وليس من قبيل الصدفة أن تتزامن تواريخ بنائها مع فترة الحرب العالمية الثانية. وهذا الصراع ــ الذي لم يسبق له مثيل في التاريخ من حيث الطريقة التي ربط بها الناس بمركبة الحرب ــ غيَّر إلى الأبد العلاقة بين الدول وبين العلم والتكنولوجيا، كما جلب إلى العالم عدداً كبيراً من الأجهزة الجديدة.
تتشابك قصص أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الثلاثة الأولى مع الحرب. الأولى خصصت لفك رموز الرسائل الألمانية، وبقيت تحت غطاء السرية حتى السبعينيات، حيث لم يعد لها أي اهتمام سوى التاريخ. أما الآلة الثانية التي كان يجب على معظم القراء أن يسمعوا عنها فهي ENIAC، وهي آلة حاسبة عسكرية تم الانتهاء منها بعد فوات الأوان للمساعدة في الحرب. لكن هنا ننظر إلى أقدم هذه الآلات الثلاث، وهي من بنات أفكار .
أتاناسوف
في عام 1930، أتاناسوف، وهو ابن أمريكي المولد لمهاجر من روسيا أخيرًا حقق حلمه الشاب وأصبح فيزيائيًا نظريًا. ولكن، كما هو الحال مع معظم هذه التطلعات، لم يكن الواقع هو ما توقعه. على وجه الخصوص، مثل معظم طلاب الهندسة والعلوم الفيزيائية في النصف الأول من القرن العشرين، كان على أتاناسوف أن يعاني من الأعباء المؤلمة للحسابات المستمرة. تطلبت أطروحته في جامعة ويسكونسن حول استقطاب الهيليوم ثمانية أسابيع من الحسابات المملة باستخدام آلة حاسبة مكتبية ميكانيكية.
جون أتاناسوف في شبابه
بحلول عام 1935، بعد أن قبل بالفعل منصب أستاذ في جامعة أيوا، قرر أتاناسوف أن يفعل شيئًا حيال هذا العبء. بدأ بالتفكير في الطرق الممكنة لبناء جهاز كمبيوتر جديد أكثر قوة. رفض الأساليب التناظرية (مثل المحلل التفاضلي لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) لأسباب تتعلق بالمحدودية وعدم الدقة، وقرر بناء آلة رقمية تتعامل مع الأرقام كقيم منفصلة وليس كقياسات مستمرة. منذ شبابه، كان على دراية بنظام الأرقام الثنائية وأدرك أنه يتناسب بشكل أفضل مع بنية التشغيل/الإيقاف للمحول الرقمي مقارنة بالأرقام العشرية المعتادة. لذلك قرر أن يصنع آلة ثنائية. وأخيرًا، قرر أنه لكي يكون الأسرع والأكثر مرونة، يجب أن يكون إلكترونيًا، ويستخدم الأنابيب المفرغة في العمليات الحسابية.
كان على أتاناسوف أيضًا أن يقرر مساحة المشكلة - ما نوع الحسابات التي يجب أن يكون جهاز الكمبيوتر الخاص به مناسبًا لها؟ ونتيجة لذلك، قرر أنه سيتعامل مع حل أنظمة المعادلات الخطية، واختزالها في متغير واحد (باستخدام ) - نفس الحسابات التي سيطرت على أطروحته. وسوف يدعم ما يصل إلى ثلاثين معادلة، مع ما يصل إلى ثلاثين متغيرًا لكل منها. يمكن لمثل هذا الكمبيوتر أن يحل المشكلات التي تهم العلماء والمهندسين، وفي الوقت نفسه لا يبدو معقدًا بشكل لا يصدق.
قطعة من الفن
بحلول منتصف ثلاثينيات القرن العشرين، أصبحت التكنولوجيا الإلكترونية متنوعة للغاية منذ نشأتها قبل 1930 عامًا. كان هناك تطوران مناسبان بشكل خاص لمشروع أتاناسوف: مرحل الزناد والمقياس الإلكتروني.
منذ القرن التاسع عشر، كان لدى مهندسي التلغراف والهاتف تحت تصرفهم جهاز سهل الاستخدام يسمى المحول. المفتاح عبارة عن مرحل ثنائي الاستقرار يستخدم مغناطيسًا دائمًا للاحتفاظ به في الحالة التي تركته فيها - مفتوحًا أو مغلقًا - حتى يتلقى إشارة كهربائية لتبديل الحالات. لكن الأنابيب المفرغة لم تكن قادرة على ذلك. لم يكن لديهم أي مكون ميكانيكي ويمكن أن يكونوا "مفتوحين" أو "مغلقين" أثناء تدفق الكهرباء أو عدم تدفقها عبر الدائرة. في عام 1918، قام اثنان من الفيزيائيين البريطانيين، ويليام إيكليس وفرانك جوردان، بتوصيل مصباحين بالأسلاك لإنشاء "مرحل الزناد" - وهو مرحل إلكتروني يظل قيد التشغيل باستمرار بعد تشغيله بواسطة نبضة أولية. أنشأ إكليس وجوردان نظامهما لأغراض الاتصالات لصالح الأميرالية البريطانية في نهاية الحرب العالمية الأولى. لكن حلبة إكليس-الأردن والتي أصبحت تعرف فيما بعد باسم الزناد [إنجليزي. flip-flop] يمكن أيضًا اعتباره جهازًا لتخزين رقم ثنائي - 1 إذا تم إرسال الإشارة، و0 بخلاف ذلك. وبهذه الطريقة، من خلال n flip-flops، كان من الممكن تمثيل عدد ثنائي من n بتات.
بعد حوالي عشر سنوات من إطلاق النار، حدث التقدم الكبير الثاني في مجال الإلكترونيات، واصطدم بعالم الحوسبة: العدادات الإلكترونية. ومرة أخرى، كما حدث كثيرًا في التاريخ المبكر للحوسبة، أصبح الملل أم الاختراع. كان على الفيزيائيين الذين يدرسون انبعاث الجسيمات دون الذرية إما الاستماع إلى النقرات أو قضاء ساعات في دراسة سجلات الصور الفوتوغرافية، وحساب عدد الاكتشافات لقياس معدل انبعاث الجسيمات من المواد المختلفة. كانت العدادات الميكانيكية أو الكهروميكانيكية خيارًا مغريًا لتسهيل هذه الإجراءات، لكنها كانت تتحرك ببطء شديد: لم تتمكن من تسجيل الأحداث العديدة التي وقعت خلال أجزاء من الثانية من بعضها البعض.
وكان الرقم الرئيسي في حل هذه المشكلة ، الذي عمل تحت إرنست رذرفورد في مختبر كافنديش في كامبريدج. كان وين-وليامز موهوبًا في مجال الإلكترونيات، وقد استخدم بالفعل الأنابيب (أو الصمامات، كما يطلق عليها في بريطانيا) لإنشاء مكبرات صوت جعلت من الممكن سماع ما يحدث للجسيمات. وفي أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، أدرك أنه يمكن استخدام الصمامات لإنشاء عداد، أطلق عليه اسم "عداد المقياس الثنائي" - أي عداد ثنائي. في الأساس، كانت عبارة عن مجموعة من النعال التي يمكنها نقل المفاتيح إلى أعلى السلسلة (في الممارسة العملية، تم استخدامها ، أنواع المصابيح التي لا تحتوي على فراغ، بل غاز، والذي يمكن أن يبقى في وضع التشغيل بعد التأين الكامل للغاز).
وسرعان ما أصبح عداد Wynne-Williams أحد الأجهزة المخبرية الضرورية لأي شخص مهتم بفيزياء الجسيمات. قام الفيزيائيون ببناء عدادات صغيرة جدًا، غالبًا ما تحتوي على ثلاثة أرقام (أي قادرة على العد حتى سبعة). بالنسبة للعداد الميكانيكي البطيء، ولتسجيل الأحداث التي تحدث بشكل أسرع من قدرة العداد الذي يحتوي على أجزاء ميكانيكية بطيئة الحركة على التسجيل.
لكن من الناحية النظرية، يمكن توسيع نطاق هذه العدادات لتشمل أرقامًا ذات حجم أو دقة عشوائية. وكانت هذه، بالمعنى الدقيق للكلمة، أول آلات حاسبة إلكترونية رقمية.
كمبيوتر أتاناسوف بيري
كان أتاناسوف على دراية بهذه القصة، مما أقنعه بإمكانية بناء جهاز كمبيوتر إلكتروني. لكنه لم يستخدم العدادات الثنائية أو المتأرجحة بشكل مباشر. في البداية، حاول استخدام عدادات معدلة قليلاً كأساس لنظام العد - ففي النهاية، ما هو الجمع إن لم يكن العد المتكرر؟ ولكن لسبب ما لم يتمكن من جعل دوائر العد موثوقة بدرجة كافية، وكان عليه أن يطور دوائر الجمع والضرب الخاصة به. لم يتمكن من استخدام الشباشب لتخزين الأرقام الثنائية مؤقتًا لأنه كان لديه ميزانية محدودة وهدف طموح يتمثل في تخزين ثلاثين معاملًا في المرة الواحدة. وكما سنرى قريبا، كان لهذا الوضع عواقب وخيمة.
وبحلول عام 1939، كان أتاناسوف قد انتهى من تصميم جهاز الكمبيوتر الخاص به. الآن هو بحاجة إلى شخص لديه المعرفة الصحيحة لبنائه. لقد وجد مثل هذا الشخص في خريج هندسة في معهد ولاية آيوا يُدعى كليفورد بيري. وبحلول نهاية العام، كان أتاناسوف وبيري قد بنى نموذجًا أوليًا صغيرًا. وفي العام التالي أكملوا نسخة كاملة من الكمبيوتر بثلاثين معاملًا. في ستينيات القرن العشرين، أطلق أحد الكتّاب الذين نقبوا عن تاريخهم اسم كمبيوتر أتاناسوف-بيري (ABC)، وبقي الاسم عالقًا. ومع ذلك، لا يمكن القضاء على جميع أوجه القصور. على وجه الخصوص، كان لدى ABC خطأ يبلغ حوالي رقم ثنائي واحد من 1960، وهو ما قد يكون قاتلًا لأي عملية حسابية كبيرة.
كليفورد بيري وABC في عام 1942
ومع ذلك، في أتاناسوف وأبجديته يمكن العثور على جذور ومصدر جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة. ألم ينشئ (بمساعدة بيري القديرة) أول حاسوب رقمي إلكتروني ثنائي؟ أليست هذه هي الخصائص الأساسية لمليارات الأجهزة التي تشكل وتدفع الاقتصادات والمجتمعات والثقافات في جميع أنحاء العالم؟
ولكن دعونا نعود. الصفات الرقمية والثنائية ليست مجال ABC. على سبيل المثال، كان حاسوب بيل للأرقام المعقدة (CNC)، الذي تم تطويره في نفس الوقت تقريبًا، عبارة عن كمبيوتر رقمي وثنائي وكهروميكانيكي قادر على الحوسبة على المستوى المعقد. أيضًا، كان ABC وCNC متشابهين من حيث أنهما حلا المشكلات في منطقة محدودة، ولم يتمكنا، على عكس أجهزة الكمبيوتر الحديثة، من قبول تسلسل عشوائي من التعليمات.
ما بقي هو "إلكتروني". لكن على الرغم من أن الأجزاء الرياضية الداخلية لـ ABC كانت إلكترونية، إلا أنها كانت تعمل بسرعات كهروميكانيكية. نظرًا لعدم قدرة أتاناسوف وبيري ماليًا على استخدام الأنابيب المفرغة لتخزين آلاف الأرقام الثنائية، فقد استخدما مكونات كهروميكانيكية للقيام بذلك. كانت عدة مئات من الصمامات الثلاثية، التي تؤدي العمليات الحسابية الأساسية، محاطة بالبراميل الدوارة وآلات التثقيب الطنانة، حيث تم تخزين القيم المتوسطة لجميع الخطوات الحسابية.
قام أتاناسوف وبيري بعمل بطولي في قراءة وكتابة البيانات على البطاقات المثقوبة بسرعة هائلة عن طريق حرقها بالكهرباء بدلاً من ثقبها ميكانيكيًا. لكن هذا أدى إلى مشاكله الخاصة: كان جهاز الاحتراق هو المسؤول عن خطأ واحد لكل 1 رقم. علاوة على ذلك، حتى في أفضل حالاتها، لم تتمكن الآلة من "الضرب" بشكل أسرع من سطر واحد في الثانية، لذلك لم يكن بإمكان ABC إجراء سوى عملية حسابية واحدة في الثانية بكل وحدة من وحداتها الحسابية الثلاثين. لبقية الوقت، ظلت الأنابيب المفرغة خاملة، بفارغ الصبر "تقرع بأصابعها على الطاولة" بينما كانت كل هذه الآلات تدور ببطء مؤلم حولها. قام أتاناسوف وبيري بربط الحصان الأصيل بعربة القش. (قدر قائد مشروع إعادة إنشاء ABC في التسعينيات السرعة القصوى للآلة، مع الأخذ في الاعتبار كل الوقت الذي يقضيه، بما في ذلك عمل المشغل على تحديد المهمة، بخمس عمليات إضافة أو طرح في الثانية. وهذا بالطبع، أسرع من الكمبيوتر البشري، ولكن ليس بنفس السرعة التي نربطها بالكمبيوتر الإلكتروني.)
مخطط ABC. تقوم البراميل بتخزين المدخلات والمخرجات المؤقتة على المكثفات. قامت دائرة تثقيب بطاقة الثيراترون وقارئ البطاقات بتسجيل وقراءة نتائج خطوة كاملة من الخوارزمية (إزالة أحد المتغيرات من نظام المعادلات).
توقف العمل على ABC في منتصف عام 1942 عندما اشترك أتاناسوف وبيري في آلة الحرب الأمريكية سريعة النمو، والتي كانت تتطلب العقول والأجساد. تم استدعاء أتاناسوف إلى مختبر الذخائر البحرية في واشنطن لقيادة فريق يقوم بتطوير الألغام الصوتية. تزوج بيري من سكرتيرة أتاناسوف ووجد وظيفة في شركة تعاقدات عسكرية في كاليفورنيا لتجنب تجنيده في الحرب. حاول أتاناسوف لبعض الوقت تسجيل براءة اختراع لإبداعه في ولاية أيوا، ولكن دون جدوى. بعد الحرب، انتقل إلى أشياء أخرى ولم يعد مهتمًا بشكل جدي بأجهزة الكمبيوتر. تم إرسال الكمبيوتر نفسه إلى مكب النفايات في عام 1948 لإفساح المجال في المكتب لخريج جديد من المعهد.
ربما بدأ أتاناسوف العمل في وقت مبكر جدًا. لقد اعتمد على المنح الجامعية المتواضعة ولم يتمكن من إنفاق سوى بضعة آلاف من الدولارات لإنشاء ABC، لذلك حل الاقتصاد محل جميع الاهتمامات الأخرى في مشروعه. ولو أنه انتظر حتى أوائل الأربعينيات، لكان قد حصل على منحة حكومية لشراء جهاز إلكتروني مكتمل. وفي هذه الحالة - محدودة الاستخدام، ويصعب التحكم فيها، وغير موثوقة، وليست سريعة جدًا - لم تكن ABC إعلانًا واعدًا لفوائد الحوسبة الإلكترونية. آلة الحرب الأمريكية، على الرغم من كل جوعها الحاسوبي، تركت ABC تصدأ في بلدة أميس بولاية أيوا.
الآلات الحاسوبية للحرب
لقد خلقت الحرب العالمية الأولى وأطلقت نظامًا للاستثمار الضخم في العلوم والتكنولوجيا، وأعدته للحرب العالمية الثانية. وفي غضون سنوات قليلة فقط، تحولت ممارسة الحرب البرية والبحرية إلى استخدام الغازات السامة والألغام المغناطيسية والاستطلاع الجوي والقصف وما إلى ذلك. ولا يمكن لأي زعيم سياسي أو عسكري أن يفشل في ملاحظة مثل هذه التغيرات السريعة. لقد كانوا سريعين جدًا لدرجة أن البحث الذي بدأ في وقت مبكر بما يكفي يمكن أن يقلب الموازين في اتجاه أو آخر.
كان لدى الولايات المتحدة الكثير من المواد والعقول (فر الكثير منهم من ألمانيا هتلر) وكانت بمعزل عن المعارك المباشرة من أجل البقاء والهيمنة التي تؤثر على البلدان الأخرى. وقد سمح هذا للبلاد بتعلم هذا الدرس بشكل واضح. وقد تجلى ذلك في تخصيص موارد صناعية وفكرية هائلة لإنشاء أول سلاح ذري. كان الاستثمار الأقل شهرة، ولكنه على نفس القدر من الأهمية أو الأصغر، هو الاستثمار في تكنولوجيا الرادار المتمركز في مختبر Rad Lab التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
لذا فقد حصل مجال الحوسبة الآلية الناشئ على حصته من التمويل العسكري، ولو على نطاق أصغر بكثير. لقد لاحظنا بالفعل تنوع مشاريع الحوسبة الكهروميكانيكية الناتجة عن الحرب. كانت إمكانات أجهزة الكمبيوتر المعتمدة على المرحلات معروفة نسبيًا، نظرًا لأن بدالات الهاتف التي تحتوي على آلاف المرحلات كانت قيد التشغيل لسنوات عديدة في ذلك الوقت. ولم تثبت المكونات الإلكترونية بعد أدائها على هذا النطاق. اعتقد معظم الخبراء أن الكمبيوتر الإلكتروني سيكون لا يمكن الاعتماد عليه حتمًا (كان ABC مثالاً) أو سيستغرق بناؤه وقتًا طويلاً. على الرغم من التدفق المفاجئ للأموال الحكومية، كانت مشاريع الحوسبة الإلكترونية العسكرية قليلة ومتباعدة. تم إطلاق ثلاث منها فقط، وأسفرت اثنتان منها فقط عن تشغيل الآلات.
وفي ألمانيا، أثبت مهندس الاتصالات هيلموت شراير لصديقه كونراد تسوسي قيمة الآلة الإلكترونية مقارنة بالآلة الكهروميكانيكية "V3" التي كان زوسي يبنيها لصناعة الطيران (المعروفة فيما بعد باسم Z3). وافق زوس في النهاية على العمل في مشروع ثانٍ مع شراير، وعرض معهد أبحاث الطيران تمويل نموذج أولي مكون من 100 أنبوب في أواخر عام 1941. لكن الرجلين باشرا في البداية أعمالًا حربية ذات أولوية أعلى، ثم تباطأ عملهما بشدة بسبب الأضرار الناجمة عن القصف، مما جعلهما غير قادرين على تشغيل آلتهما بشكل موثوق.
يعمل زوس (يمين) وشرير (يسار) على جهاز كمبيوتر كهروميكانيكي في شقة والدي زوس في برلين
وتم إنشاء أول حاسوب إلكتروني قام بعمل مفيد في مختبر سري في بريطانيا، حيث اقترح مهندس اتصالات نهجا جديدا جذريا لتحليل الشفرات القائم على الصمامات. سنكشف عن هذه القصة في المرة القادمة.
ماذا تقرأ:
• أليس آر بيركس وآرثر دبليو بيركس، أول كمبيوتر إلكتروني: قصة أتانسوف (1988)
• ديفيد ريتشي ، رواد الكمبيوتر (1986)
• جين سمايلي، الرجل الذي اخترع الكمبيوتر (2010)
المصدر: www.habr.com