Іншыя артыкулы цыкла:
- Гісторыя рэле
- Гісторыя электронных кампутараў
- Гісторыя транзістара
- Гісторыя інтэрнэту
Як мы ўбачылі ў , радыё і тэлефонныя інжынеры ў пошуках больш магутных узмацняльнікаў адкрылі новую тэхналагічную вобласць, якую хутка ахрысцілі электронікай. Электронны ўзмацняльнік можна было лёгка ператварыць у лічбавы перамыкач, які працуе са значна большай хуткасцю, чым яго электрамеханічны сваяк – тэлефоннае рэле. Дзякуючы адсутнасці механічных частак электронная лямпа магла ўключацца і выключацца за мікрасекунду ці яшчэ хутчэй, а не за дзясятак мілісекунд ці больш, якія патрабаваліся рэле.
З 1939 па 1945 гады на базе гэтых новых электронных кампанентаў было створана тры кампутара. Даты іх пабудовы невыпадкова супадаюць з перыядам Другой Сусветнай вайны. Гэты канфлікт - які не меў аналагаў у гісторыі па тым, як ён запрагаў людзей у ярмо калясьніцы вайны - назаўжды змяніў узаемаадносіны як паміж дзяржавамі, так і паміж навукай і тэхналогіяй, а таксама прынёс у свет вялікая колькасць новых прылад.
Гісторыі трох першых электронных кампутараў пераплецены з вайной. Першы быў прысвечаны расшыфроўцы нямецкіх паведамленняў, і заставаўся пад покрывам сакрэтнасці аж да 1970-х, калі ён не ўяўляў ужо ніякай цікавасці, акрамя гістарычнай. Другім, пра які большасць чытачоў павінны былі чуць, быў ENIAC, вайсковы калькулятар, які дабудавалі занадта позна для таго, каб ён дапамог у вайне. Але тут мы разгледзім самую раннюю з трох гэтых машын, стварэнне .
Атанасаў
У 1930-м Атанасаў, які нарадзіўся ў Амерыцы сын эмігранта з , дасягнуў, нарэшце, сваёй юнацкай мары і стаў тэарэтычным фізікам. Але, як і з большасцю падобных імкненняў, рэальнасць аказалася не такой, на якую ён разлічваў. У прыватнасці, як большасць студэнтаў інжынерных і фізічных навук першай паловы XX стагоддзі, Атанасову прыходзілася пакутаваць ад пакутлівых нягод пастаянных вылічэнняў. Яго дысертацыя ў Вісконсінскім універсітэце па палярызацыі гелія запатрабавала васьмі тыдняў нудных вылічэнняў пры дапамозе механічнага настольнага калькулятара.
Джон Атанасаў у юнацтве
Да 1935 году, ужо ўладкаваўшыся ў пасады прафесара ва Ўніверсітэце штата Аёва, Атанасаў вырашыў што-небудзь зрабіць з гэтым цяжарам. Ён пачаў меркаваць магчымыя шляхі пабудовы новай, больш магутнай вылічальнай машыны. Адпрэчыўшы аналагавыя метады (такія, як дыферэнцыяльны аналізатар MIT) па чынніках абмежаванасці і недакладнасці, ён вырашыў пабудаваць лічбавую машыну, якая працавала з лікамі як з дыскрэтнымі значэннямі, а не як з бесперапыннымі вымярэннямі. Ён з юнацкасці быў знаёмы з двайковай сістэмай злічэння і разумеў, што яна значна лепш кладзецца на структуру выгляду вкл/выкл лічбавага перамыкача, чым звыклыя дзесятковыя лікі. Таму ён вырашыў рабіць двайковую машыну. І, нарэшце, ён вырашыў, што каб яна была найбольш хуткай і гнуткай, яна павінна быць электроннай, і выкарыстоўваць электронныя лямпы для вылічэнняў.
Атанасава неабходна было вызначыцца і з прасторай задач – для якіх менавіта падлікаў павінен быў падысці яго кампутар? У выніку ён вырашыў, што ён будзе займацца рашэннем сістэм лінейных раўнанняў, зводзячы іх да адзінай зменнай (пры дапамозе ) - такіх жа вылічэнняў, што пераважалі ў яго дысертацыі. Ён будзе падтрымліваць да трыццаці раўнанняў, да трыццаці зменных у кожным. Такі кампутар мог бы вырашаць важныя для навукоўцаў і інжынераў задачы, і пры гэтым быццам бы не быў неймаверна складаным.
Твор мастацтва
Да сярэдзіны 1930-х электронная тэхналогія дасягнула надзвычайнай разнастайнасці ў параўнанні з вытокамі, якія з'явіліся за 25 гадоў да гэтага. Дзве распрацоўкі асабліва добра падыходзілі да праекту Атанасава: рэле-трыгер і электронны лічыльнік.
З XIX стагоддзі інжынеры тэлеграфа і тэлефона мелі ў сваім распараджэнні зручная прылада пад назовам перамыкач. Перамыкач - гэта бистабильное рэле, якое выкарыстоўвае пастаянныя магніты для ўтрымання яго ў тым стане, у якім вы яго пакінулі - адкрытым або закрытым - да таго часу, пакуль яно не атрымае электрычны сігнал на пераключэнне станаў. Але электронныя лямпы не былі на гэта здольныя. У іх не было механічнага кампанента, і яны маглі быць "адкрыты" ці "закрыты" пакуль электрычнасць цякло ці не цякло па контуры. У 1918 годзе два брытанскія фізікі, Уільям Эклз і Фрэнк Джордан звязалі правадамі дзве лямпы так, што атрымалася "рэле-трыгер" - электроннае рэле, якое пастаянна застаецца ўключаным пасля ўключэння ад пачатковага імпульсу. Эклз і Джордан стварылі сваю сістэму для тэлекамунікацыйных мэт для Брытанскага адміралцейства ў канцы Першай Сусветнай вайны. Але контур Эклза-Джордана, які пазней стаў вядомым, як трыгер [англ. flip-flop] можна было разглядаць і як прыладу для захоўвання двайковай лічбы - 1, калі сігнал перадаецца, і 0 у іншым выпадку. Такім спосабам праз n трыгераў можна было ўявіць двайковы лік n разрадаў.
Гадоў праз дзесяць пасля трыгера адбыўся другі сур'ёзны прарыў у электроніцы, які сутыкнуўся са светам вылічэнняў: электронныя лічыльнікі. І зноў, як гэта часта здаралася ў ранняй гісторыі вылічэнняў, нуда стала маці вынаходкі. Фізікам, якія вывучалі выпраменьванне субатамных часціц, даводзілася альбо слухаць пстрычкі, альбо гадзінамі вывучаць фатаграфічныя запісы, падлічваючы колькасць выяўленняў для вымярэння хуткасці выпраменьвання часціц рознымі рэчывамі. Механічныя або электрамеханічныя лічыльнікі прадстаўлялі панадлівую магчымасць аблегчыць гэтыя дзеянні, але яны рухаліся занадта павольна: яны не маглі зарэгістраваць мноства падзей, якія адбываліся з розніцай у мілісекунды.
Ключавой фігурай у рашэнні гэтай праблемы стаў , які працаваў пад кіраўніцтвам Эрнэста Рэзерфорда ў Лабараторыі Кавендыша ў Кембрыджы. Уін-Уільямс спрытна абыходзіўся з электронікай, і ўжо выкарыстоўваў лямпы (або клапаны, як іх звалі ў Брытаніі) для стварэння ўзмацняльнікаў, дзякуючы якім можна было чуць адбывалыя з часціцамі падзеі. У пачатку 1930-х ён зразумеў, што клапаны можна выкарыстоўваць для стварэння лічыльніка, які ён назваў "лічыльнікам двайковай шкалы" - гэта значыць, двайковага лічыльніка. Па сутнасці, гэта быў набор трыгераў, якія маглі перадаваць пераключэнні ўверх па ланцужку (на практыцы ён выкарыстоўваў , тыпы лямпаў, якія змяшчаюць не вакуум, а газ, якія маглі заставацца ва ўключаным становішчы пасля поўнай іянізацыі газу).
Лічыльнік Віна-Уільямса хутка ўвайшоў у набор неабходных лабараторных прылад для ўсіх, хто займаўся фізікай часціц. Фізікі будавалі вельмі маленькія лічыльнікі, часта ўтрымоўвалыя па тры знакі (гэта значыць, здольныя лічыць да сямі). для павольнага механічнага лічыльніка, і для запісу падзей, якія адбываюцца хутчэй, чым іх мог зарэгістраваць лічыльнік з механічнымі часткамі, якія павольна рухаюцца.
Але ў тэорыі такія лічыльнікі можна было пашырыць да лікаў адвольнага памеру ці дакладнасці. Гэта былі, строга кажучы, першыя лічбавыя электронныя падліковыя машыны.
Кампутар Атанасава-Бэры
Атанасаў быў знаёмы з гэтай гісторыяй, што і пераканала яго ў магчымасці пабудовы электроннага кампутара. Але ён не стаў наўпрост выкарыстоўваць двайковыя лічыльнікі ці трыгеры. Спачатку для асновы падліковай сістэмы ён паспрабаваў выкарыстоўваць трохі змененыя лічыльнікі - бо што такое складанне, як не паўтаральны падлік? Але па нейкіх прычынах ён не змог зрабіць падліковыя контуры дастаткова надзейнымі, і яму прыйшлося распрацаваць свае схемы складання і множання. Ён не мог выкарыстоўваць трыгеры для часовага захоўвання двайковых лікаў, паколькі ў яго быў абмежаваны бюджэт, і была пастаўлена амбіцыйная мэта па адначасовым захоўванні трыццаці каэфіцыентаў. Як мы хутка ўбачым, гэтая сітуацыя мела сур'ёзныя наступствы.
Да 1939 Атанасаў скончыў праектаваць свой кампутар. Цяпер яму патрабаваўся чалавек з прыдатнымі ведамі для яго пабудовы. Ён знайшоў такога чалавека ў асобе выпускніка інжынернага дэпартамента Інстытута штата Аёва па імені Кліфард Бэры. Да канца года Атанасаў і Бэры пабудавалі невялікі прататып. У наступным годзе яны скончылі поўную версію кампутара на 1960 каэфіцыентаў. У 10000-х пісьменнік, які раскапаў іх гісторыю, назваў яго кампутарам Атанасава-Бэры (Atanasoff-Berry Computer, ABC), і імя прыжылося. Аднак усіх недахопаў устараніць не ўдалося. У прыватнасці, ABC даваў памылку прыкладна ў адной двайковай лічбе на XNUMX, што для любога буйнога вылічэння было б фатальным.
Кліфард Бэры і ABC у 1942-м
Тым не менш, у Атанасава і яго ABC можна знайсці карані і крыніца ўсіх сучасных кампутараў. Хіба не стварыў ён (пры ўмелай дапамозе Бэры) першы двайковы электронны лічбавы кампутар? Хіба гэта не асноўныя характарыстыкі мільярдаў прылад, якія фарміруюць і кіруючых эканомікай, грамадствам і культурай па ўсім свеце?
Але вернемся назад. Прыметнікі лічбавы і двайковы не з'яўляюцца прэрагатывай ABC. Напрыклад, вылічальнік комплексных лікаў Бэла (Bell Complex Number Computer, CNC), распрацаваны прыкладна ў той жа час, быў лічбавым, двайковым, электрамеханічным кампутарам, здольным весці вылічэнні на комплекснай плоскасці. Таксама ABC і CNC былі падобныя ў тым, што вырашалі задачы ў абмежаванай вобласці, і не маглі, у адрозненне ад сучасных кампутараў, прымаць адвольную паслядоўнасць інструкцый.
Застаецца "электронны". Але, хоць матэматычныя вантробы ABC былі электроннымі, працаваў ён на электрамеханічных хуткасцях. Паколькі Атанасаў і Бэры па фінансавых меркаваннях не маглі выкарыстоўваць электронныя лямпы для захоўвання тысяч двайковых лічбаў, яны выкарыстоўвалі для гэтага электрамеханічныя кампаненты. Некалькі сотняў трыёдаў, якія выконвалі асноўныя матэматычныя разлікі, былі акружаныя круцельнымі барабанамі і гудзеў перфаруе машынамі, дзе захоўваліся прамежкавыя значэння ўсіх вылічальных крокаў.
Атанасаў і Бэры здзейснілі гераічную працу над тым, каб счытваць і запісваць дадзеныя на перфакарты з велізарнай хуткасцю, прапальваючы іх электрычнасцю замест таго, каб рабіць у іх адтуліны механічна. Але гэта прывяло да сваіх праблем: менавіта апарат для прапальвання быў у адказе за 1 памылку на 10000 лікаў. Больш таго, нават пры найвялікіх іх высілках машына не магла прабіваць хутчэй аднаго радка ў секунду, таму ABC мог праводзіць толькі адно вылічэнне ў секунду кожным з трыццаці арыфметычных прылад. Пакінуты час электронныя лямпы сядзелі без справы, у нецярпенні "барабаня пальцамі па стале", пакуль уся гэтая машынерыя пакутліва павольна круцілася вакол іх. Атанас і Бэры прышпілілі пародзістага скакуна да воза з сенам. (Кіраўнік праекта па ўзнаўленні ABC у 1990-х гадах ацэньваў максімальную хуткасць машыны, з улікам усіх марнаванняў часу, уключаючы працу аператара па заданні задачы, у пяць складанняў або адніманняў у секунду. Гэта, вядома, хутчэй чалавека-вылічальніка, але не тая хуткасць , якую мы звязваем з электроннымі кампутарамі.)
Схема ABC. Барабаны захоўвалі часовы ўвод і вывад на кандэнсатарах. Тыратронавая схема прабівання картак і счытвальнік карт запісвалі і счытвалі вынікі цэлага кроку працы алгарытму (ухіляючы адну з зменных з сістэмы раўнанняў).
Працы над ABC застопарыліся ў сярэдзіне 1942 гады, калі Атанасаў і Бэры запісаліся ў хутка якая расце ваенную машыну ЗША, дзе патрабаваліся не толькі целы, але і мазгі. Атанасава заклікалі ў Марскую артылерыйскую лабараторыю ў Вашынгтоне, каб ён кіраваў камандай, якая распрацоўвала акустычныя міны. Бэры ажаніўся з сакратаркай Атанасава і знайшоў сабе працу ў кампаніі ў Каліфорніі, якая працавала на вайскоўцаў па кантракце, каб яго не заклікалі на вайну. Атанасаў нейкі час спрабаваў запатэнтаваць сваё тварэнне ў штаце Аёва, але беспаспяхова. Пасля вайны ён заняўся іншымі рэчамі, і больш ужо не займаўся кампутарамі сур'ёзна. Сам кампутар адправілі на сметнік у 1948, каб вызваліць у офісе месца для новага выпускніка інстытута.
Магчыма, Атанасаў проста пачаў працаваць занадта рана. Ён засноўваўся на сціплых універсітэцкіх грантах, і мог выдаткаваць усяго некалькі тысяч даляраў на стварэнне ABC, таму эканомнасць выцесніла ўсе астатнія праблемы ў ягоным праекце. Калі б ён пачакаў да пачатку 1940-х, ён мог бы атрымаць урадавы грант на паўнавартасную электронную прыладу. І ў такім стане – з абмежаваным ужываннем, са складаным кіраваннем, ненадзейны, не вельмі хуткі – ABC не стаў шматабяцальнай рэкламай карысці электронных вылічэнняў. Амерыканская ваенная машына, нягледзячы на ўвесь вылічальны голад, кінула ABC іржавець у мястэчку Эймс штата Аёва.
Вылічальныя машыны вайны
Першая Сусветная вайна стварыла і запусціла сістэму масіўнай накачкі інвестыцый у навуку і тэхналогію, і падрыхтавала яе да Другой Сусветнай. Усяго за некалькі гадоў практыка вядзення вайны на зямлі і на моры перайшла да выкарыстання атрутных газаў, магнітных мін, паветранай разведкі і бамбардзіроўкі, і інш. Ніводны палітычны і ваенны лідэр не мог не заўважыць такіх хуткіх пераўтварэнняў. Яны былі настолькі хуткімі, што досыць рана пачатыя даследаванні маглі схіліць чару шаляў у той ці іншы бок.
У ЗША хапала матэрыялаў і розумаў (многія з якіх беглі з гітлераўскай Германіі), і яны знаходзіліся ў баку ад непасрэдных баёў за выжыванне і дамінаванне, якія закранулі іншыя краіны. Гэта дазволіла краіне вывучыць гэты ўрок асабліва дакладна. Гэта выявілася ў тым, што шырокія індустрыяльныя і інтэлектуальныя рэсурсы былі кінуты на стварэнне першай атамнай зброі. Менш вядомай, але не менш важнай ці меншай па аб'ёме інвестыцыяй стала ўкладанне ў стварэнне радарнай тэхналогіі, цэнтр якой знаходзіўся ў MIT у Rad Lab.
Так і зараджаецца вобласць аўтаматычных вылічэнняў атрымала сваю долю ваеннага фінансавання, няхай і ў значна меншых маштабах. Мы ўжо адзначалі разнастайнасць электрамеханічных вылічальных праектаў, спароджаных вайной. Патэнцыял кампутараў на базе рэле быў, адносна кажучы, вядомы, паколькі тэлефонныя станцыі з тысячамі рэле на той час працавалі ўжо шмат гадоў. Электронныя кампаненты яшчэ не даказалі сваёй працаздольнасці на такіх маштабах. Вялікая частка экспертаў лічыла, што электронны кампутар немінуча будзе ненадзейным (ABC служыў прыкладам), ці яго пабудова адбярэ занадта шмат часу. Нягледзячы на раптоўны прыток дзяржаўных грошай, вайсковых праектаў па электронных вылічэннях было мала, і яны былі рэдкія. Запушчана было ўсяго тры, і ўсяго два з іх прывялі да з'яўлення працаздольных машын.
У Нямеччыне інжынер па тэлекамунікацыях Гельмут Шрейер даказаў свайму сябру Конраду Цузе каштоўнасць электроннай машыны перад электрамеханічным "V3", які Цузе будаваў для паветранай індустрыі (пасля ён стаў вядомы, як Z3). Цузе ў выніку пагадзіўся працаваць над другім праектам разам са Шрейер, і Даследчы інстытут авіяцыі прапанаваў фінансаваць прататып на 100 лямпаў у канцы 1941 года. Але двое мужчын спачатку заняліся больш прыярытэтнай ваеннай працай, а затым іх працу моцна запаволілі пашкоджанні, выкліканыя бамбёжкамі, у выніку яны так і не змаглі прымусіць сваю машыну надзейна працаваць.
Цузе (справа) і Шрэйер (злева) працуюць над электрамеханічным кампутарам у берлінскай кватэры бацькоў Цузе
А першы электронны кампутар, які выконваў карысную працу, быў створаны ў сакрэтнай лабараторыі ў Брытаніі, дзе інжынер па тэлекамунікацыях прапанаваў новы радыкальны падыход да крыптааналізу на аснове клапанаў. Гэтую гісторыю мы раскрыем наступным разам.
Што яшчэ пачытаць:
• Alice R. Burks and Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, The Man Who Invented the Computer (2010)
Крыніца: habr.com