Andre artikler i serien:
- Historien om stafetten
- Historien om elektroniske computere
- Transistorens historie
- Internet historie
Som vi så i , opdagede radio- og telefoningeniører på jagt efter mere kraftfulde forstærkere et nyt teknologisk felt, der hurtigt blev døbt elektronik. Den elektroniske forstærker kunne nemt omdannes til en digital omskifter, der fungerer ved meget højere hastigheder end dens elektromekaniske fætter, telefonrelæet. Fordi der ikke var nogen mekaniske dele, kunne et vakuumrør tændes og slukkes på et mikrosekund eller mindre, i stedet for de ti millisekunder eller mere, der kræves af et relæ.
Fra 1939 til 1945 blev tre computere skabt ved hjælp af disse nye elektroniske komponenter. Det er ikke tilfældigt, at datoerne for deres konstruktion falder sammen med perioden fra Anden Verdenskrig. Denne konflikt - uden sidestykke i historien i den måde, den bragte folk til krigsvognen - ændrede for altid forholdet mellem stater og mellem videnskab og teknologi, og bragte også et stort antal nye enheder til verden.
Historierne om de tre første elektroniske computere er flettet sammen med krig. Den første var afsat til at tyde tyske meddelelser og forblev under hemmeligholdelse indtil 1970'erne, hvor den ikke længere var af anden interesse end historisk. Den anden, som de fleste læsere burde have hørt om, var ENIAC, en militær lommeregner, der blev færdiggjort for sent til at hjælpe i krigen. Men her ser vi på den tidligste af disse tre maskiner, udtænkt af .
Atanasov
I 1930, Atanasov, den amerikanskfødte søn af en emigrant fra , nåede endelig sin ungdomsdrøm og blev teoretisk fysiker. Men som med de fleste sådanne forhåbninger var virkeligheden ikke, som han forventede. Især, ligesom de fleste studerende på ingeniør- og naturvidenskab i første halvdel af det XNUMX. århundrede, måtte Atanasov lide under de smertefulde byrder af konstante beregninger. Hans afhandling ved University of Wisconsin om polarisering af helium krævede otte ugers kedelige beregninger ved hjælp af en mekanisk bordregner.
John Atanasov i sin ungdom
I 1935, efter allerede at have accepteret en stilling som professor ved University of Iowa, besluttede Atanasov at gøre noget ved denne byrde. Han begyndte at tænke på mulige måder at bygge en ny, mere kraftfuld computer på. Ved at afvise analoge metoder (såsom MIT-differentialanalysatoren) på grund af begrænsning og upræcis besluttede han at bygge en digital maskine, der behandlede tal som diskrete værdier snarere end som kontinuerlige målinger. Fra sin ungdom var han bekendt med det binære talsystem og forstod, at det passer meget bedre ind i tænd/sluk-strukturen på en digital switch end de sædvanlige decimaltal. Så han besluttede at lave en binær maskine. Og til sidst besluttede han, at for at det skal være det hurtigste og mest fleksible, skal det være elektronisk, og bruge vakuumrør til beregninger.
Atanasov skulle også tage stilling til problemrummet - hvilken slags beregninger skulle hans computer være egnet til? Som et resultat besluttede han, at han ville beskæftige sig med at løse systemer af lineære ligninger, reducere dem til en enkelt variabel (ved hjælp af )—de samme beregninger, som dominerede hans afhandling. Det vil understøtte op til tredive ligninger med op til tredive variabler hver. Sådan en computer kunne løse problemer, der er vigtige for forskere og ingeniører, og samtidig ser den ikke ud til at være utrolig kompleks.
Kunstværk
I midten af 1930'erne var elektronisk teknologi blevet ekstremt diversificeret fra sin oprindelse 25 år tidligere. To udviklinger var særligt velegnede til Atanasovs projekt: et triggerrelæ og en elektronisk måler.
Siden 1918-tallet har telegraf- og telefoningeniører haft et praktisk apparat, kaldet en switch, til deres rådighed. En kontakt er et bistabilt relæ, der bruger permanente magneter til at holde det i den tilstand, du efterlod det i - åbent eller lukket - indtil det modtager et elektrisk signal til at skifte tilstand. Men vakuumrør var ikke i stand til dette. De havde ingen mekanisk komponent og kunne være "åbne" eller "lukkede", mens elektricitet var eller ikke strømmede gennem kredsløbet. I 1 forbandt to britiske fysikere, William Eccles og Frank Jordan, to lamper med ledninger for at skabe et "trigger relæ" - et elektronisk relæ, der forbliver tændt konstant efter at være blevet tændt af en indledende impuls. Eccles og Jordan skabte deres system til telekommunikationsformål for det britiske admiralitet i slutningen af Første Verdenskrig. Men Eccles-Jordan-kredsløbet, som senere blev kendt som triggeren [engelsk. flip-flop] kunne også betragtes som en enhed til lagring af et binært ciffer - 0, hvis signalet transmitteres, og XNUMX ellers. På denne måde var det gennem n flip-flops muligt at repræsentere et binært antal på n bit.
Cirka ti år efter udløsningen skete det andet store gennembrud inden for elektronik, der kolliderede med computerverdenen: elektroniske målere. Endnu en gang, som det ofte skete i computerens tidlige historie, blev kedsomhed opfindelsens moder. Fysikere, der studerede emissionen af subatomære partikler, måtte enten lytte efter klik eller bruge timer på at studere fotografiske optegnelser og tælle antallet af detektioner for at måle hastigheden af partikelemission fra forskellige stoffer. Mekaniske eller elektromekaniske målere var en fristende mulighed for at lette disse handlinger, men de bevægede sig for langsomt: de kunne ikke registrere de mange hændelser, der fandt sted inden for millisekunder fra hinanden.
Nøglefiguren i løsningen af dette problem var , der arbejdede under Ernest Rutherford på Cavendish Laboratory i Cambridge. Wynne-Williams havde sans for elektronik, og havde allerede brugt rør (eller ventiler, som de blev kaldt i Storbritannien) til at skabe forstærkere, der gjorde det muligt at høre, hvad der skete med partikler. I begyndelsen af 1930'erne indså han, at ventiler kunne bruges til at skabe en tæller, som han kaldte en "binær skala-tæller" - det vil sige en binær tæller. I bund og grund var det et sæt flip-flops, der kunne sende kontakter op i kæden (i praksis brugte det , typer af lamper, der ikke indeholder et vakuum, men en gas, som kunne forblive i tændt position efter fuldstændig ionisering af gassen).
Wynne-Williams tælleren blev hurtigt et af de nødvendige laboratorieudstyr for alle involveret i partikelfysik. Fysikere byggede meget små tællere, der ofte indeholdt tre cifre (det vil sige i stand til at tælle op til syv). for en langsom mekanisk måler, og til registrering af hændelser, der forekommer hurtigere, end en måler med langsomt bevægende mekaniske dele kunne optage.
Men i teorien kunne sådanne tællere udvides til antal af vilkårlig størrelse eller præcision. Disse var strengt taget de første digitale elektroniske regnemaskiner.
Atanasov-Berry computer
Atanasov var bekendt med denne historie, som overbeviste ham om muligheden for at bygge en elektronisk computer. Men han brugte ikke direkte binære tællere eller flip-flops. Til at begynde med forsøgte han som grundlag for tællesystemet at bruge let modificerede tællere - trods alt, hvad er addition, hvis ikke gentagen tælling? Men af en eller anden grund kunne han ikke gøre tællekredsløbene pålidelige nok, og han måtte udvikle sine egne additions- og multiplikationskredsløb. Han kunne ikke bruge flip-flops til midlertidigt at gemme binære tal, fordi han havde et begrænset budget og et ambitiøst mål om at gemme tredive koefficienter ad gangen. Som vi snart vil se, havde denne situation alvorlige konsekvenser.
I 1939 var Atanasov færdig med at designe sin computer. Nu havde han brug for nogen med den rette viden til at bygge den. Han fandt sådan en person hos en ingeniøruddannet fra Iowa State Institute ved navn Clifford Berry. Ved udgangen af året havde Atanasov og Berry bygget en lille prototype. Året efter færdiggjorde de en fuld version af computeren med tredive koefficienter. I 1960'erne kaldte en forfatter, der gravede deres historie frem, den Atanasoff-Berry Computer (ABC), og navnet holdt fast. Alle mangler kunne dog ikke fjernes. Især ABC havde en fejl på omkring et binært ciffer ud af 10000, hvilket ville være fatalt for enhver stor beregning.
Clifford Berry og ABC i 1942
Men i Atanasov og hans ABC kan man finde rødderne og kilden til alle moderne computere. Skabte han ikke (med hjælp fra Berry) den første binære elektroniske digitale computer? Er det ikke de grundlæggende kendetegn ved de milliarder af enheder, der former og driver økonomier, samfund og kulturer rundt om i verden?
Men lad os gå tilbage. Adjektiverne digital og binær er ikke ABC's domæne. For eksempel var Bell Complex Number Computer (CNC), udviklet omkring samme tid, en digital, binær, elektromekanisk computer, der var i stand til at beregne på det komplekse plan. Også ABC og CNC var ens, idet de løste problemer i et begrænset område, og kunne ikke, i modsætning til moderne computere, acceptere en vilkårlig rækkefølge af instruktioner.
Tilbage er "elektronisk". Men selvom ABC's matematiske indmad var elektronisk, fungerede den ved elektromekaniske hastigheder. Da Atanasov og Berry økonomisk ikke var i stand til at bruge vakuumrør til at opbevare tusindvis af binære cifre, brugte de elektromekaniske komponenter til at gøre det. Flere hundrede trioder, der udførte grundlæggende matematiske beregninger, var omgivet af roterende tromler og snurrende stansemaskiner, hvor mellemværdier af alle beregningstrin blev gemt.
Atanasov og Berry gjorde et heroisk stykke arbejde med at læse og skrive data på hulkort med enorm hastighed ved at brænde dem med elektricitet i stedet for at slå dem mekanisk. Men dette førte til sine egne problemer: det var brændeapparatet, der var ansvarlig for 1 fejl pr. 10000 numre. Desuden kunne maskinen, selv på deres bedste, ikke "stanse" hurtigere end én linje i sekundet, så ABC kunne kun udføre én beregning pr. sekund med hver af sine tredive aritmetiske enheder. Resten af tiden sad vakuumrørene uvirksomme og "trommede utålmodigt med fingrene i bordet", mens alt dette maskineri drejede smerteligt langsomt rundt om dem. Atanasov og Berry koblede fuldblodshest til høvognen. (Lederen af projektet med at genskabe ABC i 1990'erne estimerede maskinens maksimale hastighed under hensyntagen til al den tid, der blev brugt, inklusive operatørens arbejde med at specificere opgaven, med fem additioner eller subtraktioner i sekundet. Dette, selvfølgelig, er hurtigere end en menneskelig computer, men ikke den samme hastighed, som vi forbinder med elektroniske computere.)
ABC diagram. Tromlerne lagrede midlertidig input og output på kondensatorer. Tyratronkortets stansekredsløb og kortlæser registrerede og læste resultaterne af et helt trin i algoritmen (eliminering af en af variablerne fra ligningssystemet).
Arbejdet på ABC gik i stå i midten af 1942, da Atanasoff og Berry meldte sig til den hurtigt voksende amerikanske krigsmaskine, som krævede hjerne såvel som kroppe. Atanasov blev kaldt til Naval Ordnance Laboratory i Washington for at lede et team, der udviklede akustiske miner. Berry giftede sig med Atanasovs sekretær og fandt et job hos et militærkontraktfirma i Californien for at undgå at blive trukket ind i krigen. Atanasov forsøgte i nogen tid at patentere sin skabelse i staten Iowa, men uden held. Efter krigen gik han over til andre ting og var ikke længere for alvor involveret i computere. Selve computeren blev sendt til en losseplads i 1948 for at gøre plads på kontoret til en nyuddannet fra instituttet.
Måske begyndte Atanasov simpelthen at arbejde for tidligt. Han stolede på beskedne universitetsstipendier og kunne kun bruge nogle få tusinde dollars på at skabe ABC, så økonomien afløste alle andre bekymringer i hans projekt. Hvis han havde ventet til begyndelsen af 1940'erne, kunne han have modtaget et statstilskud til en fuldgyldig elektronisk enhed. Og i denne tilstand - begrænset i brug, vanskelig at kontrollere, upålidelig, ikke særlig hurtig - var ABC ikke en lovende reklame for fordelene ved elektronisk databehandling. Den amerikanske krigsmaskine forlod, på trods af al sin computerhunger, ABC for at ruste i byen Ames, Iowa.
Krigscomputere
Første Verdenskrig skabte og lancerede et system med massive investeringer i videnskab og teknologi og forberedte det til Anden Verdenskrig. På få år gik krigsførelsen til lands og til vands over til brug af giftgasser, magnetiske miner, luftrekognoscering og bombning mv. Ingen politisk eller militær leder kunne undgå at bemærke så hurtige ændringer. De var så hurtige, at forskning startede tidligt nok kunne vippe vægten i den ene eller den anden retning.
USA havde masser af materialer og hjerner (hvoraf mange var flygtet fra Hitlers Tyskland) og var på afstand af de umiddelbare kampe for overlevelse og dominans, der påvirkede andre lande. Dette gjorde det muligt for landet at lære denne lektie særligt tydeligt. Dette blev manifesteret i det faktum, at enorme industrielle og intellektuelle ressourcer blev afsat til skabelsen af det første atomvåben. En mindre kendt, men lige så vigtig eller mindre investering var investeringen i radarteknologi centreret ved MITs Rad Lab.
Så det begyndende område af automatisk databehandling modtog sin del af militær finansiering, omend i en meget mindre skala. Vi har allerede bemærket de mange forskellige elektromekaniske databehandlingsprojekter genereret af krigen. Relæbaserede computeres potentiale var relativt set kendt, da telefoncentraler med tusindvis af relæer på det tidspunkt havde været i drift i mange år. Elektroniske komponenter har endnu ikke bevist deres ydeevne i en sådan skala. De fleste eksperter mente, at en elektronisk computer uundgåeligt ville være upålidelig (ABC var et eksempel) eller ville tage for lang tid at bygge. På trods af den pludselige tilstrømning af statslige penge var militære elektroniske computerprojekter få og langt imellem. Kun tre blev søsat, og kun to af dem resulterede i operationelle maskiner.
I Tyskland beviste telekommunikationsingeniør Helmut Schreyer over for sin ven Konrad Zuse værdien af den elektroniske maskine i forhold til den elektromekaniske "V3", som Zuse byggede til luftfartsindustrien (senere kendt som Z3). Zuse gik til sidst med til at arbejde på et andet projekt med Schreyer, og Aeronautical Research Institute tilbød at finansiere en 100-rørs prototype i slutningen af 1941. Men de to mænd påtog sig først højere prioriteret krigsarbejde, og derefter blev deres arbejde alvorligt bremset af bombeskader, hvilket gjorde, at de ikke var i stand til at få deres maskine til at fungere pålideligt.
Zuse (til højre) og Schreyer (til venstre) arbejder på en elektromekanisk computer i Zuses forældres lejlighed i Berlin
Og den første elektroniske computer, der gjorde nyttigt arbejde, blev skabt i et hemmeligt laboratorium i Storbritannien, hvor en telekommunikationsingeniør foreslog en radikal ny tilgang til ventilbaseret kryptoanalyse. Vi afslører denne historie næste gang.
Hvad skal man ellers læse:
• Alice R. Burks og Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, manden der opfandt computeren (2010)
Kilde: www.habr.com