Další články ze série:
- Historie relé
- Historie elektronických počítačů
- Historie tranzistoru
- historie internetu
Jak jsme viděli v , rádioví a telefonní inženýři při hledání výkonnějších zesilovačů objevili nový technologický obor, který byl rychle nazván elektronika. Elektronický zesilovač mohl být snadno přeměněn na digitální spínač, pracující při mnohem vyšších rychlostech než jeho elektromechanický příbuzný, telefonní relé. Protože tam nebyly žádné mechanické části, elektronka mohla být zapnuta a vypnuta během mikrosekundy nebo méně, spíše než deset milisekund nebo více požadovaných relé.
Od roku 1939 do roku 1945 byly pomocí těchto nových elektronických součástek vytvořeny tři počítače. Ne náhodou se data jejich výstavby shodují s obdobím druhé světové války. Tento konflikt – který nemá v historii obdoby ve způsobu, jakým přitahoval lidi do válečného vozu – navždy změnil vztah mezi státy a mezi vědou a technikou a také přinesl světu velké množství nových zařízení.
Příběhy tří prvních elektronických počítačů se prolínají s válkou. První se věnovala dešifrování německých zpráv a pod rouškou tajemství zůstala až do 1970. let, kdy už o ni nebyl jiný než historický zájem. Druhým, o kterém měla většina čtenářů slyšet, byl ENIAC, vojenská kalkulačka, která byla dokončena příliš pozdě na to, aby pomohla ve válce. Ale zde se podíváme na nejstarší z těchto tří strojů, jejichž duchovním dítětem je .
Atanasov
V roce 1930 Atanasov, americký syn emigranta z , konečně dosáhl svého mladického snu a stal se teoretickým fyzikem. Ale jako u většiny takových aspirací, realita nebyla taková, jakou očekával. Zejména, jako většina studentů inženýrských a fyzikálních věd v první polovině XNUMX. století, musel Atanasov trpět bolestnou zátěží neustálých výpočtů. Jeho disertační práce na University of Wisconsin o polarizaci helia vyžadovala osm týdnů nudných výpočtů pomocí mechanické stolní kalkulačky.
John Atanasov v mládí
V roce 1935, když již přijal místo profesora na univerzitě v Iowě, se Atanasov rozhodl s touto zátěží něco udělat. Začal přemýšlet o možných způsobech, jak postavit nový, výkonnější počítač. Odmítl analogové metody (jako je diferenciální analyzátor MIT) z důvodů omezení a nepřesnosti a rozhodl se postavit digitální stroj, který se zabýval čísly jako diskrétními hodnotami spíše než jako spojitá měření. Od mládí byl obeznámen s binární číselnou soustavou a pochopil, že mnohem lépe zapadá do on/off struktury digitálního spínače než obvyklá desítková čísla. Rozhodl se tedy vyrobit binární stroj. A nakonec se rozhodl, že aby to bylo nejrychlejší a nejflexibilnější, mělo by to být elektronické a pro výpočty používat elektronky.
Atanasov také potřeboval rozhodnout o problémovém prostoru - pro jaké výpočty by měl být jeho počítač vhodný? V důsledku toho se rozhodl, že se bude zabývat řešením systémů lineárních rovnic a redukuje je na jedinou proměnnou (pomocí ) — stejné výpočty, které ovládaly jeho disertační práci. Bude podporovat až třicet rovnic, každá s až třiceti proměnnými. Takový počítač by mohl vyřešit problémy, které jsou důležité pro vědce a inženýry, a zároveň by se nezdál být neuvěřitelně složitý.
Kus umění
V polovině 1930. let 25. století se elektronická technologie stala extrémně diverzifikovanou od svých počátků o XNUMX let dříve. Pro Atanasovův projekt se obzvláště dobře hodily dvě vývoje: spouštěcí relé a elektronický měřič.
Telegrafní a telefonní inženýři měli od 1918. století k dispozici šikovné zařízení zvané vypínač. Spínač je bistabilní relé, které používá permanentní magnety k jeho držení ve stavu, ve kterém jste jej nechali – otevřený nebo zavřený – dokud neobdrží elektrický signál pro přepnutí stavů. Ale elektronky toho nebyly schopny. Neměly žádnou mechanickou součást a mohly být „otevřené“ nebo „zavřené“, zatímco elektřina proudila nebo neprocházela obvodem. V roce 1 dva britští fyzici, William Eccles a Frank Jordan, propojili dvě lampy pomocí drátů, aby vytvořili „spouštěcí relé“ - elektronické relé, které zůstává neustále zapnuté po zapnutí počátečním impulsem. Eccles a Jordan vytvořili svůj systém pro telekomunikační účely pro britskou admiralitu na konci první světové války. Ale okruh Eccles-Jordan, který se později stal známým jako spoušť [angl. flip-flop] lze také považovat za zařízení pro uložení binární číslice - 0, pokud je signál přenášen, a XNUMX v opačném případě. Tímto způsobem bylo možné pomocí n klopných obvodů reprezentovat binární počet n bitů.
Asi deset let po spoušti nastal druhý velký průlom v elektronice, který se střetl se světem výpočetní techniky: elektronické měřiče. Opět, jak se často stávalo v rané historii výpočetní techniky, se nuda stala matkou vynálezu. Fyzici studující emisi subatomárních částic museli buď poslouchat kliknutí, nebo strávit hodiny studiem fotografických záznamů, počítajíce počet detekcí, aby změřili rychlost emise částic z různých látek. Mechanické nebo elektromechanické měřiče byly lákavou možností, jak tyto akce usnadnit, ale pohybovaly se příliš pomalu: nedokázaly zaznamenat mnoho událostí, ke kterým došlo v milisekundách od sebe navzájem.
Klíčovou postavou při řešení tohoto problému bylo , který pracoval pod Ernestem Rutherfordem v Cavendish Laboratory v Cambridge. Wynne-Williams měl talent na elektroniku a již použil elektronky (nebo ventily, jak se jim v Británii říkalo) k vytvoření zesilovačů, které umožňovaly slyšet, co se děje s částicemi. Počátkem třicátých let si uvědomil, že ventily lze použít k vytvoření čítače, který nazval „počítadlo binárních měřítek“ – tedy binární čítač. V podstatě se jednalo o sadu klopných obvodů, které mohly přenášet spínače po řetězci (v praxi se používal , typy výbojek obsahujících nikoli vakuum, ale plyn, který by po úplné ionizaci plynu mohl zůstat v zapnuté poloze).
Wynne-Williamsův počítač se rychle stal jedním z nezbytných laboratorních zařízení pro každého, kdo se zabývá částicovou fyzikou. Fyzici stavěli velmi malé čítače, často obsahující tři číslice (to znamená schopné počítat až sedm). pro pomalý mechanický měřič a pro záznam událostí, které se odehrávají rychleji, než by mohl zaznamenat měřič s pomalu se pohybujícími mechanickými částmi.
Ale teoreticky by takové čítače mohly být rozšířeny na čísla libovolné velikosti nebo přesnosti. To byly, přísně vzato, první digitální elektronické počítací stroje.
Počítač Atanasov-Berry
Atanasov byl obeznámen s tímto příběhem, který ho přesvědčil o možnosti sestrojit elektronický počítač. Přímo ale nepoužíval binární čítače ani klopné obvody. Nejprve se pro základ počítacího systému pokusil použít mírně upravené počítadla - vždyť co je sčítání, když ne opakované počítání? Ale z nějakého důvodu nemohl udělat počítací obvody dostatečně spolehlivé a musel vyvinout vlastní obvody sčítání a násobení. K dočasnému ukládání binárních čísel nemohl používat klopné obvody, protože měl omezený rozpočet a ambiciózní cíl uložit najednou třicet koeficientů. Jak brzy uvidíme, tato situace měla vážné důsledky.
V roce 1939 Atanasov dokončil návrh svého počítače. Teď potřeboval někoho se správnými znalostmi, aby to postavil. Našel takovou osobu v absolventovi inženýrského institutu Iowa State Institute jménem Clifford Berry. Do konce roku Atanasov a Berry postavili malý prototyp. Následující rok dokončili plnou verzi počítače s třiceti koeficienty. V 1960. letech 10000. století jej spisovatel, který vykopal jejich historii, nazval Atanasoff-Berry Computer (ABC) a název zůstal zachován. Všechny nedostatky se však odstranit nepodařilo. Konkrétně ABC mělo chybu asi jedné binární číslice z XNUMX XNUMX, což by bylo pro jakýkoli velký výpočet fatální.
Clifford Berry a ABC v roce 1942
Nicméně v Atanasovovi a jeho ABC lze najít kořeny a zdroj všech moderních počítačů. Nevytvořil (s schopnou pomocí Berryho) první binární elektronický digitální počítač? Nejsou to základní charakteristiky miliard zařízení, která formují a pohánějí ekonomiky, společnosti a kultury po celém světě?
Ale vraťme se. Přídavná jména digitální a binární nejsou doménou ABC. Například Bell Complex Number Computer (CNC), vyvinutý přibližně ve stejné době, byl digitální, binární, elektromechanický počítač schopný pracovat na komplexní rovině. Také ABC a CNC byly podobné v tom, že řešily problémy v omezené oblasti a nemohly, na rozdíl od moderních počítačů, přijmout libovolnou sekvenci instrukcí.
Co zůstává, je „elektronické“. Ale ačkoliv matematické vnitřnosti ABC byly elektronické, fungovalo při elektromechanických rychlostech. Protože Atanasov a Berry nebyli finančně schopni použít elektronky k uložení tisíců binárních číslic, použili k tomu elektromechanické součástky. Několik stovek triod, provádějících základní matematické výpočty, bylo obklopeno rotujícími bubny a vířícími děrovacími stroji, kde byly uloženy mezihodnoty všech výpočetních kroků.
Atanasoff a Berry odvedli hrdinskou práci při čtení a zápisu dat na děrné štítky obrovskou rychlostí tím, že je místo mechanického děrování spálili elektřinou. To však vedlo k vlastním problémům: byl to vypalovací přístroj, který byl zodpovědný za 1 chybu na 10000 1990 čísel. Navíc ani v nejlepším případě nemohl stroj „prorazit“ rychleji než jeden řádek za sekundu, takže ABC mohlo provést pouze jeden výpočet za sekundu s každou ze svých třiceti aritmetických jednotek. Po zbytek času elektronky nečinně ležely a netrpělivě „bubnily prsty o stůl“, zatímco všechna tato mašinérie se kolem nich bolestně pomalu točila. Atanasov a Berry zapřáhli plnokrevného koně do vozu se senem. (Vedoucí projektu obnovy ABC v XNUMX. letech odhadl maximální rychlost stroje s přihlédnutím k veškerému vynaloženému času, včetně práce operátora na upřesnění úkolu, na pět přidávání nebo odečítání za sekundu. To samozřejmě, je rychlejší než lidský počítač, ale ne stejnou rychlostí, jakou spojujeme s elektronickými počítači.)
ABC diagram. Bubny ukládaly dočasný vstup a výstup na kondenzátory. Tyratronový děrovací obvod a čtečka karet zaznamenaly a načetly výsledky celého kroku algoritmu (vyloučení jedné z proměnných ze systému rovnic).
Práce na ABC se zastavily v polovině roku 1942, kdy se Atanasoff a Berry přihlásili do rychle rostoucí americké válečné mašinérie, která vyžadovala kromě mozků i těla. Atanasov byl povolán do Naval Ordnance Laboratory ve Washingtonu, aby vedl tým vyvíjející akustické miny. Berry se provdala za Atanasovovu sekretářku a našla si práci ve vojenské smluvní společnosti v Kalifornii, aby se vyhnula odvedení do války. Atanasov se nějakou dobu snažil patentovat svůj výtvor ve státě Iowa, ale bez úspěchu. Po válce přešel k jiným věcem a počítačem se už vážněji nezabýval. Samotný počítač byl v roce 1948 poslán na skládku, aby uvolnil místo v kanceláři novému absolventovi ústavu.
Možná Atanasov prostě začal pracovat příliš brzy. Spoléhal se na skromné univerzitní granty a mohl utratit jen pár tisíc dolarů na vytvoření ABC, takže ekonomika nahradila všechny ostatní obavy v jeho projektu. Kdyby počkal do začátku 1940. let, možná by dostal vládní grant na plnohodnotné elektronické zařízení. A v tomto stavu – omezeném používání, těžko ovladatelným, nespolehlivým, nepříliš rychlým – nebylo ABC slibnou reklamou na výhody elektronických výpočtů. Americká válečná mašinérie, přes veškerý svůj počítačový hlad, nechala ABC zrezivět ve městě Ames v Iowě.
Válečné počítací stroje
První světová válka vytvořila a zahájila systém masivních investic do vědy a techniky a připravila ji na druhou světovou válku. Během několika let se praxe válčení na zemi a na moři změnila na použití jedovatých plynů, magnetických min, leteckého průzkumu a bombardování atd. Žádný politický nebo vojenský vůdce si nemohl nevšimnout tak rychlých změn. Byly tak rychlé, že výzkum zahájený dostatečně brzy mohl naklonit misku vah jedním nebo druhým směrem.
Spojené státy měly spoustu materiálů a mozků (mnoho z nich uprchlo z hitlerovského Německa) a byly stranou bezprostředních bitev o přežití a nadvládu, které postihly jiné země. To zemi umožnilo naučit se tuto lekci obzvláště jasně. To se projevilo tím, že na vytvoření první atomové zbraně byly věnovány obrovské průmyslové a intelektuální zdroje. Méně známou, ale stejně důležitou nebo menší investicí byla investice do radarové technologie soustředěné v Rad Lab MIT.
A tak rodící se oblast automatických počítačů získala svůj podíl na vojenském financování, i když v mnohem menším měřítku. Již jsme zaznamenali rozmanitost elektromechanických počítačových projektů vytvořených válkou. Potenciál reléových počítačů byl poměrně dobře znám, protože v té době již řadu let fungovaly telefonní ústředny s tisíci relé. Elektronické součástky dosud neprokázaly svůj výkon v takovém měřítku. Většina odborníků se domnívala, že elektronický počítač bude nevyhnutelně nespolehlivý (příkladem bylo ABC) nebo jeho sestavení bude trvat příliš dlouho. Navzdory náhlému přílivu vládních peněz bylo vojenských elektronických výpočetních projektů jen velmi málo. Byly spuštěny pouze tři a pouze dva z nich vyústily v provozuschopné stroje.
V Německu telekomunikační inženýr Helmut Schreyer dokázal svému příteli Konradu Zuseovi hodnotu elektronického stroje oproti elektromechanickému „V3“, který Zuse stavěl pro letecký průmysl (později známý jako Z3). Zuse nakonec souhlasil s prací na druhém projektu se Schreyerem a Aeronautical Research Institute nabídl koncem roku 100 financování prototypu se 1941 trubkami. Ale oba muži se nejprve ujali válečné práce s vyšší prioritou a pak byla jejich práce vážně zpomalena poškozením bombardováním, takže nebyli schopni uvést svůj stroj do spolehlivého provozu.
Zuse (vpravo) a Schreyer (vlevo) pracují na elektromechanickém počítači v berlínském bytě Zuseových rodičů
A první elektronický počítač, který odvedl užitečnou práci, byl vytvořen v tajné laboratoři v Británii, kde telekomunikační inženýr navrhl radikálně nový přístup ke kryptoanalýze založené na ventilech. Tento příběh odhalíme příště.
Co ještě číst:
• Alice R. Burks a Arthur W. Burks, První elektronický počítač: Příběh Atansoffa (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, Muž, který vynalezl počítač (2010)
Zdroj: www.habr.com