Други статии от поредицата:
- История на релето
- История на електронните компютри
- История на транзистора
- Интернет история
Както видяхме в , радио и телефонни инженери в търсене на по-мощни усилватели откриха нова технологична област, която бързо беше наречена електроника. Електронният усилвател може лесно да се преобразува в цифров превключвател, работещ на много по-високи скорости от неговия електромеханичен братовчед, телефонното реле. Тъй като нямаше механични части, вакуумната тръба можеше да се включва и изключва за микросекунда или по-малко, вместо за десет милисекунди или повече, изисквани от реле.
От 1939 до 1945 г. са създадени три компютъра с помощта на тези нови електронни компоненти. Неслучайно датите на построяването им съвпадат с периода на Втората световна война. Този конфликт – несравним в историята по начина, по който прикова хората към колесницата на войната – промени завинаги отношенията между държавите и между науката и технологиите, а също така донесе на света голям брой нови устройства.
Историите на трите първи електронни компютъра са преплетени с война. Първият беше посветен на дешифрирането на немски съобщения и остана под прикритието на секретност до 1970-те години, когато вече не представляваше никакъв интерес, освен исторически. Вторият, за който повечето читатели трябваше да са чули, беше ENIAC, военен калкулатор, който беше завършен твърде късно, за да помогне във войната. Но тук разглеждаме най-ранната от тези три машини, плод на въображението на .
Атанасов
През 1930 г. Атанасов, роденият в Америка син на емигрант от , най-накрая постигна младежката си мечта и стана теоретичен физик. Но както при повечето подобни стремежи, реалността не беше това, което очакваше. По-специално, като повечето студенти по инженерни и физически науки през първата половина на XNUMX-ти век, Атанасов трябваше да страда от болезненото бреме на постоянните изчисления. Неговата дисертация в Университета на Уисконсин относно поляризацията на хелия изисква осем седмици досадни изчисления с помощта на механичен настолен калкулатор.
Джон Атанасов в младостта си
През 1935 г., вече приел позицията на професор в университета на Айова, Атанасов решава да направи нещо срещу това бреме. Той започна да мисли за възможни начини за изграждане на нов, по-мощен компютър. Отхвърляйки аналоговите методи (като диференциалния анализатор на MIT) поради ограничения и неточност, той решава да изгради цифрова машина, която се занимава с числа като дискретни стойности, а не като непрекъснати измервания. От младостта си той беше запознат с двоичната бройна система и разбра, че тя се вписва много по-добре в структурата за включване/изключване на цифров превключвател, отколкото обичайните десетични числа. Затова той реши да направи двоична машина. И накрая реши, че за да бъде най-бърз и гъвкав, трябва да е електронен и да използва вакуумни тръби за изчисления.
Атанасов също трябваше да вземе решение за проблемното пространство - за какви изчисления трябва да е подходящ компютърът му? В резултат на това той реши, че ще се занимава с решаването на системи от линейни уравнения, като ги сведе до една променлива (използвайки ) — същите изчисления, които доминираха в дисертацията му. Той ще поддържа до тридесет уравнения, с до тридесет променливи всяко. Такъв компютър може да решава проблеми, които са важни за учените и инженерите, и в същото време няма да изглежда невероятно сложен.
Изкуство
До средата на 1930-те години на миналия век електронните технологии са станали изключително диверсифицирани от своя произход преди 25 години. Две разработки бяха особено подходящи за проекта на Атанасов: тригерно реле и електронен измервателен уред.
От 1918-ти век телеграфните и телефонните инженери разполагат с удобно устройство, наречено превключвател. Превключвателят е бистабилно реле, което използва постоянни магнити, за да го държи в състоянието, в което сте го оставили - отворено или затворено - докато не получи електрически сигнал за превключване на състоянията. Но вакуумните тръби не бяха способни на това. Те нямаха механичен компонент и можеха да бъдат "отворени" или "затворени", докато електричеството тече или не тече през веригата. През 1 г. двама британски физици, Уилям Екълс и Франк Джордан, свързват две лампи с жици, за да създадат „задействащо реле“ – електронно реле, което остава постоянно включено, след като бъде включено от първоначален импулс. Екълс и Джордан създават своята система за телекомуникационни цели за Британското адмиралтейство в края на Първата световна война. Но веригата на Екълс-Джордан, която по-късно стана известна като тригер [англ. flip-flop] също може да се разглежда като устройство за съхраняване на двоична цифра - 0, ако сигналът се предава, и XNUMX в противен случай. По този начин чрез n тригера беше възможно да се представи двоично число от n бита.
Около десет години след задействането се случи вторият голям пробив в електрониката, който се сблъска със света на компютрите: електронни измервателни уреди. Отново, както често се случваше в ранната история на компютрите, скуката стана майка на изобретенията. Физиците, изучаващи емисиите на субатомни частици, трябваше или да слушат за щраквания, или да прекарват часове в изучаване на фотографски записи, преброявайки броя на откриванията, за да измерят скоростта на емисиите на частици от различни вещества. Механичните или електромеханичните измервателни уреди бяха примамлива опция за улесняване на тези действия, но те се движеха твърде бавно: не можеха да регистрират многото събития, които се случиха в рамките на милисекунди едно от друго.
Ключовата фигура в решаването на този проблем беше , който е работил под ръководството на Ърнест Ръдърфорд в лабораторията Кавендиш в Кеймбридж. Уин-Уилямс имаше умение за електроника и вече беше използвал тръби (или вентили, както ги наричаха във Великобритания), за да създаде усилватели, които позволяваха да се чува какво се случва с частиците. В началото на 1930-те години той осъзнава, че вентилите могат да се използват за създаване на брояч, който той нарича „брояч с двоична скала“ – тоест двоичен брояч. По същество това беше набор от джапанки, които можеха да предават превключватели нагоре по веригата (на практика използваха , видове лампи, съдържащи не вакуум, а газ, който може да остане във включено положение след пълна йонизация на газа).
Броячът на Wynne-Williams бързо се превърна в едно от необходимите лабораторни устройства за всеки, който се занимава с физика на елементарните частици. Физиците построиха много малки броячи, често съдържащи три цифри (тоест способни да броят до седем). за бавен механичен измервателен уред и за записване на събития, случващи се по-бързо, отколкото може да запише измервателен уред с бавно движещи се механични части.
Но на теория такива броячи могат да бъдат разширени до числа с произволен размер или точност. Това бяха, строго погледнато, първите цифрови електронни изчислителни машини.
Компютър Атанасов-Бери
Атанасов е бил запознат с тази история, която го е убедила във възможността за изграждане на електронен компютър. Но той не е използвал директно двоични броячи или тригери. Отначало, за основа на системата за броене, той се опита да използва леко модифицирани броячи - в крайна сметка, какво е добавяне, ако не повторно броене? Но по някаква причина той не можа да направи веригите за броене достатъчно надеждни и трябваше да разработи свои собствени схеми за събиране и умножение. Той не можеше да използва джапанки за временно съхраняване на двоични числа, защото имаше ограничен бюджет и амбициозна цел да съхранява тридесет коефициента наведнъж. Както скоро ще видим, тази ситуация имаше сериозни последици.
До 1939 г. Атанасов завършва проектирането на своя компютър. Сега той се нуждаеше от някой с правилните познания, за да го изгради. Той намери такъв човек в лицето на Клифърд Бери, завършил инженер в Държавния институт на Айова. До края на годината Атанасов и Бери построиха малък прототип. На следващата година те завършиха пълна версия на компютъра с тридесет коефициента. През 1960-те години на миналия век един писател, който изрови тяхната история, го нарече Компютърът на Атанасов-Бери (ABC) и името остана. Въпреки това, всички недостатъци не могат да бъдат премахнати. По-специално, ABC имаше грешка от около една двоична цифра на 10000 XNUMX, което би било фатално за всяко голямо изчисление.
Клифърд Бери и ABC през 1942 г
Но в Атанасов и неговото АБВ се намират корените и изворът на всички съвременни компютри. Не създаде ли той (с умелата помощ на Бери) първия двоичен електронен цифров компютър? Не са ли това основните характеристики на милиардите устройства, които оформят и движат икономиките, обществата и културите по света?
Но да се върнем назад. Прилагателните цифров и двоичен не са домейн на ABC. Например Bell Complex Number Computer (CNC), разработен горе-долу по същото време, беше цифров, двоичен, електромеханичен компютър, способен да изчислява в сложна равнина. Освен това ABC и CNC са сходни по това, че решават проблеми в ограничена област и не могат, за разлика от съвременните компютри, да приемат произволна последователност от инструкции.
Това, което остава, е „електронно“. Но въпреки че математическите вътрешности на ABC бяха електронни, те работеха с електромеханични скорости. Тъй като Атанасов и Бери нямаха финансова възможност да използват вакуумни тръби за съхраняване на хиляди двоични цифри, те използваха електромеханични компоненти за това. Няколкостотин триода, извършващи основни математически изчисления, бяха заобиколени от въртящи се барабани и въртящи се щанцоващи машини, където се съхраняваха междинните стойности на всички изчислителни стъпки.
Атанасов и Бери свършиха героична работа по четене и запис на данни върху перфокарти с огромна скорост, като ги изгаряха с електричество, вместо да ги пробиват механично. Но това доведе до собствени проблеми: апаратът за запис беше отговорен за 1 грешка на 10000 1990 номера. Освен това, дори и в най-добрия си вид, машината не можеше да "пробива" по-бързо от един ред в секунда, така че ABC можеше да извършва само едно изчисление в секунда с всяка от своите тридесет аритметични единици. През останалото време вакуумните тръби бездействаха, нетърпеливо „барабанейки с пръсти по масата“, докато цялата тази машина се въртеше болезнено бавно около тях. Атанасов и Бери впрегнаха породистия кон в каруцата със сено. (Ръководителят на проекта за пресъздаване на ABC през XNUMX-те години оцени максималната скорост на машината, като вземе предвид цялото прекарано време, включително работата на оператора за уточняване на задачата, на пет добавяния или изваждания в секунда. Това, разбира се, е по-бърз от човешки компютър, но не е със същата скорост, която свързваме с електронните компютри.)
ABC диаграма. Барабаните съхраняват временен вход и изход на кондензатори. Веригата за пробиване на карти тиратрон и четецът на карти записват и четат резултатите от цяла стъпка от алгоритъма (елиминирайки една от променливите от системата от уравнения).
Работата по ABC спира в средата на 1942 г., когато Атанасов и Бери се записват в бързо разрастващата се американска военна машина, която изисква и мозъци, и тела. Атанасов е извикан във Военноморската лаборатория по боеприпаси във Вашингтон, за да ръководи екип, разработващ акустични мини. Бери се жени за секретарката на Атанасов и си намира работа във военна договорна компания в Калифорния, за да не бъде призован във войната. Атанасов известно време се опитва да патентова творението си в щата Айова, но безуспешно. След войната той се насочи към други неща и вече не се занимаваше сериозно с компютри. Самият компютър е изпратен на сметище през 1948 г., за да освободи място в кабинета за нов възпитаник на института.
Може би Атанасов просто е започнал работа твърде рано. Той разчиташе на скромни университетски субсидии и можеше да похарчи само няколко хиляди долара, за да създаде ABC, така че икономията измести всички останали грижи в неговия проект. Ако беше изчакал до началото на 1940 г., може би щеше да получи правителствена субсидия за пълноценно електронно устройство. И в това състояние - ограничена употреба, трудна за контрол, ненадеждна, не много бърза - ABC не беше обещаваща реклама за предимствата на електронните компютри. Американската военна машина, въпреки целия си компютърен глад, остави ABC да ръждясва в град Еймс, Айова.
Изчислителни машини на войната
Първата световна война създаде и стартира система на масивни инвестиции в науката и технологиите и я подготви за Втората световна война. Само за няколко години практиката на водене на война по суша и море премина към използването на отровни газове, магнитни мини, въздушно разузнаване и бомбардировки и т.н. Никой политически или военен водач не би могъл да не забележи такива бързи промени. Те бяха толкова бързи, че изследванията, започнали достатъчно рано, можеха да наклонят везните в една или друга посока.
Съединените щати имаха много материали и мозъци (много от които бяха избягали от хитлеристка Германия) и бяха настрана от непосредствените битки за оцеляване и господство, засягащи други страни. Това позволи на страната да научи този урок особено ясно. Това се прояви във факта, че огромни индустриални и интелектуални ресурси бяха посветени на създаването на първото атомно оръжие. По-малко известна, но също толкова важна или по-малка инвестиция беше инвестицията в радарна технология, центрирана в Rad Lab на MIT.
Така зараждащата се област на автоматичните изчисления получи своя дял от военното финансиране, макар и в много по-малък мащаб. Вече отбелязахме разнообразието от проекти за електромеханични изчисления, генерирани от войната. Потенциалът на базираните на реле компютри беше, сравнително казано, известен, тъй като телефонните централи с хиляди релета бяха в експлоатация от много години по това време. Електронните компоненти все още не са доказали своята производителност в такъв мащаб. Повечето експерти вярваха, че електронният компютър неизбежно ще бъде ненадежден (ABC беше пример) или ще отнеме твърде много време за изграждане. Въпреки внезапния приток на държавни пари, военните електронни изчислителни проекти бяха малко и рядко се срещаха. Само три бяха пуснати и само две от тях доведоха до работещи машини.
В Германия телекомуникационният инженер Хелмут Шрайер доказа на своя приятел Конрад Цузе стойността на електронната машина пред електромеханичния "V3", който Цузе изграждаше за аеронавигационната индустрия (по-късно известен като Z3). В крайна сметка Цузе се съгласи да работи по втори проект с Шрайер, а Институтът за аеронавигационни изследвания предложи да финансира прототип със 100 тръби в края на 1941 г. Но двамата мъже първо се заеха с военна работа с по-висок приоритет, а след това работата им беше силно забавена от щети от бомбардировки, оставяйки ги неспособни да накарат машината си да работи надеждно.
Цузе (вдясно) и Шрайер (вляво) работят върху електромеханичен компютър в берлинския апартамент на родителите на Зузе
И първият електронен компютър, който върши полезна работа, е създаден в тайна лаборатория във Великобритания, където телекомуникационен инженер предлага радикално нов подход към криптоанализа, базиран на вентили. Ще разкрием тази история следващия път.
Какво още да прочетете:
• Алис Р. Бъркс и Артър У. Бъркс, Първият електронен компютър: Историята на Атансов (1988)
• Дейвид Ричи, Компютърните пионери (1986)
• Джейн Смайли, Човекът, който изобрети компютъра (2010)
Източник: www.habr.com