Další články cyklu:
- Historie relé
- Historie elektronických počítačů
- Historie tranzistoru
- Historie internetu
Jak jsme viděli v , rádio a telefonní inženýři v hledání výkonnějších zesilovačů objevili novou technologickou oblast, kterou rychle nazvali elektronikou. Elektronický zesilovač bylo snadné přeměnit na digitální spínač, pracující mnohem větší rychlostí než jeho elektromekanický příbuzný — telefonní relé. Díky absenci mechanických částí mohla elektronová trubice zapínat a vypínat za mikrosekundu nebo dokonce rychleji, než za desítky milisekund či více, které byly potřebné u relé.
Od roku 1939 do 1945 byly na základě těchto nových elektronických komponentů vyrobeny tři počítače. Dny jejich výroby náhodou coincují s obdobím druhé světové války. Tento konflikt — bezprecedentní v historii kvůli tomu, jak zapřáhl lidi do jha válečného vozu — navždy změnil vztahy jak mezi státy, tak mezi vědou a technologií, a také přinesl do světa velké množství nových zařízení.
Příběhy tří prvních elektronických počítačů jsou propleteny s válkou. První byl určen k dešifrování německých zpráv a zůstával pod rouškou utajení až do 70. let, kdy už nepředstavoval žádný zájem kromě historického. Druhý, o kterém si většina čtenářů jistě slyšela, byl ENIAC, vojenský kalkulátor, který byl dokončen příliš pozdě na to, aby pomohl ve válce. Ale zde se podíváme na nejranější z těchto tří strojů, dílo .
Atanassov
V roce 1930 Atanassov, syn emigranta z , konečně dosáhl svého mladistvého snu a stal se teoretickým fyzikem. Ale, jako u většiny podobných snah, realita se ukázala být jiná, než na kterou doufal. Zejména, stejně jako většina studentů inženýrství a fyziky první poloviny 20. století, musel Atanassov trpět mučivými útrapami neustálého počítání. Jeho disertace na Wisconsinské univerzitě o polarizaci helia vyžadovala osm týdnů nudného počítání pomocí mechanického stolního kalkulátoru.
John Atanassov v mládí
Do roku 1935, kdy už byl profesorem na Iowa State University, se Atanasov rozhodl něco udělat s tímto břemenem. Začal zvažovat možné způsoby, jak vybudovat novou, výkonnější výpočetní mašinu. Odmítl analogové metody (jako je diferenční analyzátor MIT) z důvodů omezenosti a nepřesnosti a rozhodl se vybudovat digitální stroj, který by pracoval s čísly jako s diskrétními hodnotami, nikoli jako s kontinuitními měřeními. Od mládí byl obeznámen s binární soustavou a chápal, že lépe odpovídá struktuře typu zapnuto/vypnuto digitálního spínače než běžné desítkové čísla. Proto se rozhodl vytvořit binární stroj. A nakonec dospěl k závěru, že aby byl co nejrychlejší a nejflexibilnější, musí být elektronický a používat elektronické vakuové lampy pro výpočty.
Atanasov se musel také rozhodnout o prostoru úloh – pro jaké konkrétní výpočty měl jeho počítač sloužit? Nakonec se rozhodl, že se bude zabývat řešením soustav lineárních rovnic, snižujících je na jedinou proměnnou (pomocí ) – takových výpočtů, které převládaly v jeho disertaci. Bude podporovat až třicet rovnic a až třicet proměnných v každé. Takový počítač by mohl řešit důležité úkoly pro vědce a inženýry a přitom by nebyl neuvěřitelně složitý.
Umělecké dílo
Do poloviny 30. let dosáhla elektronická technologie mimořádného rozmanitosti ve srovnání se svými počátky, které se objevily před 25 lety. Dvě konstrukce se zvlášť hodily pro Atanasovův projekt: reléový hradlo a elektronický čítač.
Od 19. století měli telegrafové a telefonní inženýři k dispozici praktické zařízení nazývané přepínač. Přepínač je bistabilní relé, které využívá stálé magnety k udržení v stavu, v jakém jste ho nechali – otevřeném nebo uzavřeném – dokud nedostane elektrický signál k přepnutí stavů. Ale elektronické lampy to nebyly schopny. Neměly mechanickou složku a mohly být "otevřené" nebo "uzavřené", zatímco elektřina protékala nebo neprotékala obvodem. V roce 1918 dva britští fyzici, William Eccles a Frank Jordan, propojili dvě lampy tak, že vzniklo „relé spínač“ – elektronické relé, které zůstává trvale zapnuté po aktivaci počátečním impulsem. Eccles a Jordan vytvořili svůj systém pro telekomunikační účely pro Britské admiralitě na konci první světové války. Ale obvod Eccles-Jordan, později známý jako spínač [angl. flip-flop], mohl být také považován za zařízení pro uchovávání binární číslice – 1, pokud je signál přenášen, a 0 v opačném případě. Tímto způsobem bylo přes n spínačů možné reprezentovat binární číslo o n znacích.
Přibližně deset let po vzniku spínače se dostavil druhý významný průlom v elektronice, který zasáhl svět výpočtů: elektronické počítače. A opět, jak to často bývalo v rané historii výpočtů, se nuda stala matkou vynálezu. Fyzikové studující záření subatomárních částic museli buď poslouchat cvakání, nebo hodiny zkoumat fotografické záznamy, počítající množství detekcí pro měření rychlosti záření částic různými látkami. Mechanické nebo elektromehanické počítače představovaly lákavou příležitost, jak tyto úkoly usnadnit, ale pohybovaly se příliš pomalu: nemohly registrovat množství událostí, které se odehrály s rozdílem milisekund.
Klíčovou postavou v řešení tohoto problému byl , který pracoval pod vedením Ernesta Rutherforda v Cavendishově laboratoři v Cambridge. Wynn-Williams dovedně manipuloval s elektronikou a již použil lampy (nebo ventily, jak je nazývali v Británii) k vytváření zesilovačů, díky nimž bylo možné slyšet události probíhající s částicemi. Na začátku 30. let si uvědomil, že ventily lze použít k vytvoření počítadla, které nazval „počítadlem dvojkové škály“ — tedy dvojkového počítadla. V podstatě to byla sada spínačů, které mohly přenášet přepnutí nahoru po řetězci (ve skutečnosti použil , typy lamp, které neobsahovaly vakuum, ale plyn, jenž mohl zůstat v zapnutém stavu po úplné ionizaci plynu).
Wynn-Williamsovo počítadlo se rychle stalo nezbytným laboratorním zařízením pro každého, kdo se zabýval fyzikou částic. Fyzici stavěli velmi malá počítadla, často obsahující tři číslice (tj. schopná počítat až do sedmi). pro pomalé mechanické počítadlo, a pro zaznamenávání událostí probíhajících rychleji, než je mohl registrovat počítadlo s pomalu pohybujícími se mechanickými částmi.
Ale teoreticky by taková počítadla mohla být rozšířena na čísla libovolné velikosti nebo přesnosti. Byly to, přísně vzato, první digitální elektronické počítací stroje.
Počítač Atanasova-Berryho
Atanasov byl obeznámen s tímto příběhem, což ho přesvědčilo o možnosti postavení elektronického počítače. Ale nepoužil přímo dvojková počítadla nebo flip-flopy. Nejprve se pokusil použít mírně modifikovaná počítadla jako základ své počítací soustavy — vždyť co je sčítání jiného než opakované počítání? Z nějakého důvodu však nedokázal vytvořit počítací obvody dostatečně spolehlivě a musel vyvinout své vlastní obvody pro sčítání a násobení. Nemohl používat flip-flopy pro dočasné ukládání dvojkových čísel, protože měl omezený rozpočet a byl stanoven ambiciózní cíl současného ukládání třiceti koeficientů. Jak brzy uvidíme, tato situace měla vážné následky.
Do roku 1939 Atanasov dokončil návrh svého počítače. Nyní potřeboval člověka se správnými znalostmi, aby ho postavil. Takového člověka našel v absolventovi inženýrského oddělení státní univerzity v Iowě jménem Clifford Berry. Na konci roku Atanasov a Berry postavili malý prototyp. V následujícím roce dokončili plnou verzi počítače na třicet koeficientů. V šedesátých letech autor, který jejich příběh odkryl, nazval jeho počítačem Atanasova-Berryho (Atanasoff-Berry Computer, ABC), a toto jméno se uchytilo. Nicméně všechny nedostatky se odstranit nepodařilo. Zejména ABC dával chybu přibližně v jedné binární číslici na 10 000, což by pro jakékoli velké výpočty bylo osudové.
Clifford Berry a ABC v roce 1942
Přesto lze v Atanasovovi a jeho ABC nalézt kořeny a zdroj všech moderních počítačů. Vytvořil snad (s šikovnou pomocí Berryho) první binární elektronický digitální počítač? Nejsou to snad základní vlastnosti miliard zařízení, která formují a řídí ekonomiku, společnost a kulturu po celém světě?
Ale vraťme se zpět. Přídavná jména digitální a binární nejsou výsadou ABC. Například počítač pro výpočty komplexních čísel Bell (Bell Complex Number Computer, CNC), vyvinutý přibližně ve stejnou dobu, byl digitální, binární, elektromekanický počítač schopný provádět výpočty na komplexní rovině. ABC a CNC byly také podobné v tom, že řešily úlohy v omezené oblasti a nemohly, na rozdíl od moderních počítačů, přijímat libovolnou sekvenci instrukcí.
Zůstává „elektronický“. Ale i když byly matematické vnitřnosti ABC elektronické, pracoval na elektromekanikých rychlostech. Protože si Atanasov a Berry z finančních důvodů nemohli dovolit používat elektronické lampy pro uchovávání tisíců binárních číslic, používali k tomu elektromekanické komponenty. Několik stovek triodů, které prováděly základní matematické výpočty, bylo obklopeno otáčejícími se válci a vrčícími děrovacími stroji, kde byly uchovávány mezilehlé hodnoty všech výpočetních kroků.
Atanasov a Berry vykonali hrdinskou práci na tom, aby s obrovskou rychlostí načítali a zapisovali data na děrované karty, prožehováním elektricity místo mechanického děrování. Ale to vedlo k některým problémům: právě zařízení pro prožehování bylo zodpovědné za 1 chybu na 10 000 čísel. Navíc, i při jejich maximálním úsilí stroj nedokázal „prořezávat“ rychleji než jednu řádku za sekundu, takže ABC mohl vykonávat pouze jeden výpočet za sekundu každým ze třiceti aritmetických zařízení. Zbytek času elektrony trčely nečinně, netrpělivě „bubnovaly prsty na stole“, zatímco se celá tato mašinerie mučivě pomalu otáčela kolem nich. Atanasov a Berry připevnili ušlechtilého koně k vozu se senem. (Vedoucí projektu na rekonstrukci ABC v 90. letech odhadoval maximální rychlost stroje, včetně všech ztrát času, včetně práce operátora na zadání úlohy, na pět sečtení nebo odčítání za sekundu. To je samozřejmě rychlejší než člověk-vypočítávající, ale ne ta rychlost, kterou spojujeme s elektronickými počítači.)
Schéma ABC. Bubny uchovávaly dočasný vstup a výstup na kondenzátorech. Tyristorové schéma pro prořezávání karet a čtečka karet zapisovaly a vyčítaly výsledky celého kroku algoritmu (odstraňovaly jednu z proměnných ze systému rovnic).
Práce na ABC se zastavila v polovině roku 1942, když se Atanasov a Berry zapsali do rychle rostoucí vojenské mašinerie USA, kde byly zapotřebí nejen těla, ale také mozky. Atanasov byl povolán do Námořní dělostřelecké laboratoře ve Washingtonu, aby vedl tým vyvíjející akustické miny. Berry se oženil se sekretářkou Atanasova a našel si práci ve společnosti pracující na vojenských kontraktech v Kalifornii, aby jej nepovolali do války. Atanasov se snažil nějakou dobu patentovat své dílo ve státě Iowa, ale neúspěšně. Po válce se věnoval jiným věcem a už se vážně počítačům nevěnoval. Samotný počítač byl v roce 1948 poslán na skládku, aby se uvolnilo místo v kanceláři pro nového diplomanta institutu.
Možná Atanasov začal pracovat příliš brzy. Spoléhal se na skromné univerzitní granty a mohl na vytvoření ABC utratit pouze několik tisíc dolarů, takže hospodárnost zatlačila všechny ostatní problémy jeho projektu do pozadí. Kdyby počkal do počátku 40. let, mohl by získat vládní grant na plnohodnotné elektronické zařízení. A v takovém stavu — s omezeným využitím, složitým ovládáním, nespolehlivý, nevýkonný — se ABC nestala příliš slibnou ukázkou výhod elektronických výpočtů. Americký válečný stroj, navzdory veškerému počítačovému hladu, nechal ABC rezivět v městečku Ames v Iowě.
Válečné výpočetní stroje
První světová válka vytvořila a spustila systém masivního investování do vědy a technologie a připravila ho na druhou světovou. Jen během několika let se způsob vedení pozemní a námořní války přeorientoval na používání jedovatých plynů, magnetických min, vzdušného průzkumu a bombardování atd. Žádný politický ani vojenský vůdce nemohl přehlédnout tak rychlé změny. Byly natolik rychlé, že dostatečně brzy začatá výzkumná činnost mohla přiklonit misku vah na jednu či druhou stranu.
Ve Spojených státech bylo dost materiálů a myslí (mnohé z nich uprchly z hitlerovského Německa), a ty byly mimo bezprostřední boje o přežití a dominanci, které se dotýkaly jiných zemí. To umožnilo zemi se tento lekci naučit zvlášť jasně. Projevilo se to v tom, že rozsáhlé průmyslové a intelektuální zdroje byly vrženy na vytvoření prvního atomového zbraně. Méně známou, ale ne méně důležitou investicí, bylo finanční vložení do vývoje radarové technologie, jejíž středisko se nacházelo v MIT v Rad Lab.
Tak se začínající oblast automatizovaných výpočtů dočkala své části vojenského financování, i když v mnohem menším měřítku. Již jsme zmínili různorodost elektromekanických výpočtových projektů, které vznikly v důsledku války. Potenciál počítačů na bázi relé byl, relativně řečeno, znám, protože telefonní ústředny s tisíci relé pracovaly již mnoho let. Elektronické komponenty však ještě neprokázaly svou funkčnost v takovém měřítku. Většina odborníků se domnívala, že elektronický počítač nevyhnutelně bude nespolehlivý (ABC byl příkladem), nebo že jeho výstavba zabere příliš mnoho času. Navzdory náhlému přílivu státního financování bylo vojenských projektů na elektronické výpočty málo a byly vzácné. Byly spuštěny pouze tři, z nichž pouze dva vedly k výrobě funkčních strojů.
V Německu inženýr v telekomunikacích Helmut Schreyer dokázal svému příteli Konradu Zuse hodnotu elektronického stroje před elektromekanickým "V3", který Zuse stavěl pro letecký průmysl (později se stal známým jako Z3). Zuse nakonec souhlasil, že bude na druhém projektu pracovat spolu se Schreyerem, a Výzkumný institut letectví nabídl financovat prototyp na 100 lamp v závěru roku 1941. Ale oba muži se nejprve zaměřili na prioritnější vojenskou práci a poté byla jejich práce silně zpomalena škodami způsobenými bombardováním, takže svou mašinu nikdy nedokázali spolehlivě zprovoznit.
Zuse (vpravo) a Schreyer (vlevo) pracují na elektromekanickém počítači v berlínském bytě Zuseových rodičů
První elektronický počítač vykonávající užitečnou práci byl vytvořen v tajné laboratoři ve Velké Británii, kde inženýr v telekomunikacích navrhl nový radikální přístup k kryptoanalýze založený na klapkových válcích. Tento příběh odhalíme příště.
Co si ještě přečíst:
• Alice R. Burks a Arthur W. Burks, První elektronický počítač: Příběh Atansoff (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, Muž, který vynalezl počítač (2010)
Zdroj: habr.com
