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Wie wir gesehen haben Radio- und Telefoningenieure entdeckten auf der Suche nach leistungsstärkeren Verstärkern ein neues Technologiefeld, das schnell den Namen Elektronik erhielt. Der elektronische Verstärker könnte leicht in einen digitalen Schalter umgewandelt werden, der mit viel höheren Geschwindigkeiten arbeitet als sein elektromechanischer Cousin, das Telefonrelais. Da es keine mechanischen Teile gab, konnte eine Vakuumröhre in einer Mikrosekunde oder weniger ein- und ausgeschaltet werden, statt der zehn Millisekunden oder mehr, die ein Relais erfordert.
Von 1939 bis 1945 wurden drei Computer mit diesen neuen elektronischen Komponenten gebaut. Es ist kein Zufall, dass die Baudaten mit der Zeit des Zweiten Weltkriegs zusammenfallen. Dieser Konflikt, der in der Geschichte beispiellos war, weil er die Menschen auf die Kriegswagen zwang, veränderte die Beziehungen zwischen Staaten sowie zwischen Wissenschaft und Technologie für immer und brachte auch eine Vielzahl neuer Geräte auf die Welt.
Die Geschichten der drei ersten elektronischen Computer sind mit dem Krieg verknüpft. Das erste war der Entschlüsselung deutscher Nachrichten gewidmet und blieb bis in die 1970er Jahre unter dem Deckmantel der Geheimhaltung, als es nur noch von historischem Interesse war. Der zweite Rechner, von dem die meisten Leser gehört haben sollten, war ENIAC, ein Militärrechner, der zu spät fertiggestellt wurde, um im Krieg zu helfen. Aber hier sehen wir uns die früheste dieser drei Maschinen an, die Idee von .
Atanasov
1930 kam Atanassow, der in den USA geborene Sohn eines Auswanderers aus Er verwirklichte schließlich seinen Jugendtraum und wurde theoretischer Physiker. Aber wie bei den meisten dieser Ambitionen entsprach die Realität nicht seinen Erwartungen. Insbesondere musste Atanasov, wie die meisten Studenten der Ingenieur- und Naturwissenschaften in der ersten Hälfte des XNUMX. Jahrhunderts, die schmerzhafte Belastung ständiger Berechnungen ertragen. Seine Dissertation an der University of Wisconsin über die Polarisation von Helium erforderte acht Wochen mühsamer Berechnungen mit einem mechanischen Tischrechner.
John Atanasov in seiner Jugend
Nachdem Atanasov bereits 1935 eine Stelle als Professor an der University of Iowa angenommen hatte, beschloss er, etwas gegen diese Belastung zu unternehmen. Er begann über Möglichkeiten nachzudenken, einen neuen, leistungsstärkeren Computer zu bauen. Er lehnte analoge Methoden (wie den MIT-Differentialanalysator) aus Gründen der Einschränkung und Ungenauigkeit ab und beschloss, eine digitale Maschine zu bauen, die Zahlen als diskrete Werte und nicht als kontinuierliche Messungen verarbeitete. Seit seiner Jugend war er mit dem binären Zahlensystem vertraut und verstand, dass es viel besser in die Ein-/Aus-Struktur eines digitalen Schalters passt als die üblichen Dezimalzahlen. Also beschloss er, eine Binärmaschine zu bauen. Und schließlich entschied er, dass es elektronisch sein und Vakuumröhren für Berechnungen verwenden sollte, damit es am schnellsten und flexibelsten ist.
Atanasov musste sich auch für den Problemraum entscheiden – für welche Berechnungen sollte sein Computer geeignet sein? Infolgedessen beschloss er, sich mit der Lösung linearer Gleichungssysteme zu befassen und sie auf eine einzige Variable zu reduzieren (unter Verwendung von). ) – dieselben Berechnungen, die seine Dissertation dominierten. Es werden bis zu dreißig Gleichungen mit jeweils bis zu dreißig Variablen unterstützt. Ein solcher Computer könnte Probleme lösen, die für Wissenschaftler und Ingenieure wichtig sind, und gleichzeitig scheint er nicht besonders komplex zu sein.
Kunstwerk
Mitte der 1930er-Jahre hatte sich die elektronische Technologie seit ihren Anfängen vor 25 Jahren enorm weiterentwickelt. Zwei Entwicklungen passten besonders gut zu Atanasovs Projekt: ein Auslöserelais und ein elektronisches Messgerät.
Seit dem 1918. Jahrhundert verfügen Telegraphen- und Telefoningenieure über ein praktisches Gerät namens Schalter. Ein Schalter ist ein bistabiles Relais, das ihn mithilfe von Permanentmagneten in dem Zustand hält, in dem Sie ihn belassen haben – offen oder geschlossen –, bis er ein elektrisches Signal zum Umschalten des Zustands empfängt. Aber Vakuumröhren waren dazu nicht in der Lage. Sie hatten keine mechanische Komponente und konnten „offen“ oder „geschlossen“ sein, während Strom durch den Stromkreis floss oder nicht. Im Jahr 1 verbanden zwei britische Physiker, William Eccles und Frank Jordan, zwei Lampen mit Drähten, um ein „Trigger-Relais“ zu schaffen – ein elektronisches Relais, das nach dem Einschalten durch einen ersten Impuls ständig eingeschaltet bleibt. Eccles und Jordan entwickelten ihr System für Telekommunikationszwecke für die britische Admiralität am Ende des Ersten Weltkriegs. Aber die Eccles-Jordan-Strecke, die später als Trigger [englisch. Flip-Flop] könnte auch als Gerät zum Speichern einer Binärziffer betrachtet werden – 0, wenn das Signal übertragen wird, und XNUMX andernfalls. Auf diese Weise war es möglich, durch n Flip-Flops eine Binärzahl von n Bits darzustellen.
Etwa zehn Jahre nach dem Auslöser erfolgte der zweite große Durchbruch in der Elektronik, der mit der Welt der Informatik kollidierte: elektronische Messgeräte. Wie so oft in der frühen Geschichte der Informatik wurde Langeweile zur Mutter aller Erfindungen. Physiker, die die Emission subatomarer Teilchen untersuchten, mussten entweder auf Klickgeräusche lauschen oder Stunden damit verbringen, fotografische Aufzeichnungen zu studieren und die Anzahl der Erkennungen zu zählen, um die Geschwindigkeit der Teilchenemission verschiedener Substanzen zu messen. Mechanische oder elektromechanische Messgeräte waren eine verlockende Option, um diese Aktionen zu erleichtern, aber sie gingen zu langsam: Sie konnten die vielen Ereignisse, die innerhalb von Millisekunden auftraten, nicht registrieren.
Die Schlüsselfigur bei der Lösung dieses Problems war , der unter Ernest Rutherford am Cavendish Laboratory in Cambridge arbeitete. Wynne-Williams hatte ein Händchen für Elektronik und hatte bereits Röhren (oder Röhren, wie sie in Großbritannien genannt wurden) verwendet, um Verstärker zu bauen, die es ermöglichten, zu hören, was mit Teilchen geschah. In den frühen 1930er Jahren erkannte er, dass Ventile zur Herstellung eines Zählers verwendet werden konnten, den er „Binärskalenzähler“ – also einen binären Zähler – nannte. Im Wesentlichen handelte es sich um eine Reihe von Flip-Flops, die Schalter in der Kette nach oben übertragen konnten (in der Praxis wurden sie verwendet). , Arten von Lampen, die kein Vakuum, sondern ein Gas enthalten, das nach vollständiger Ionisierung des Gases in der eingeschalteten Position bleiben könnte).
Der Wynne-Williams-Zähler wurde schnell zu einem unverzichtbaren Laborgerät für alle, die sich mit Teilchenphysik befassen. Physiker bauten sehr kleine Zähler, die oft drei Ziffern enthielten (also bis zu sieben zählen konnten). für ein langsames mechanisches Messgerät und zum Aufzeichnen von Ereignissen, die schneller auftreten, als ein Messgerät mit sich langsam bewegenden mechanischen Teilen aufzeichnen könnte.
Aber theoretisch könnten solche Zähler auf Zahlen beliebiger Größe oder Genauigkeit erweitert werden. Dabei handelte es sich genau genommen um die ersten digitalen elektronischen Rechenmaschinen.
Atanasov-Berry-Computer
Atanasov war mit dieser Geschichte vertraut, die ihn von der Möglichkeit überzeugte, einen elektronischen Computer zu bauen. Er verwendete jedoch nicht direkt Binärzähler oder Flip-Flops. Als Grundlage des Zählsystems versuchte er zunächst, leicht modifizierte Zähler zu verwenden – denn was ist Addition anderes als wiederholtes Zählen? Aber aus irgendeinem Grund gelang es ihm nicht, die Zählschaltungen zuverlässig genug zu machen, und er musste seine eigenen Additions- und Multiplikationsschaltungen entwickeln. Er konnte keine Flip-Flops zur vorübergehenden Speicherung von Binärzahlen verwenden, da sein Budget begrenzt war und er das ehrgeizige Ziel hatte, dreißig Koeffizienten gleichzeitig zu speichern. Wie wir bald sehen werden, hatte diese Situation schwerwiegende Folgen.
1939 hatte Atanasov den Entwurf seines Computers fertiggestellt. Jetzt brauchte er jemanden mit dem richtigen Wissen, um es zu bauen. Er fand eine solche Person in einem Ingenieursabsolventen des Iowa State Institute namens Clifford Berry. Bis Ende des Jahres hatten Atanasov und Berry einen kleinen Prototyp gebaut. Im folgenden Jahr stellten sie eine Vollversion des Computers mit dreißig Koeffizienten fertig. In den 1960er Jahren nannte ein Autor, der ihre Geschichte ausgegraben hatte, den Computer „Atanasoff-Berry Computer“ (ABC), und der Name blieb hängen. Allerdings konnten nicht alle Mängel beseitigt werden. Insbesondere hatte ABC einen Fehler von etwa einer Binärstelle von 10000, was für jede große Berechnung fatal wäre.
Clifford Berry und ABC im Jahr 1942
In Atanasov und seinem ABC finden sich jedoch die Wurzeln und der Ursprung aller modernen Computer. Hat er nicht (mit der geschickten Hilfe von Berry) den ersten binären elektronischen Digitalcomputer geschaffen? Sind dies nicht die grundlegenden Merkmale der Milliarden von Geräten, die Volkswirtschaften, Gesellschaften und Kulturen auf der ganzen Welt prägen und vorantreiben?
Aber lasst uns zurückgehen. Die Adjektive digital und binär sind nicht die Domäne von ABC. Beispielsweise war der etwa zur gleichen Zeit entwickelte Bell Complex Number Computer (CNC) ein digitaler, binärer, elektromechanischer Computer, der in der Lage war, auf der komplexen Ebene zu rechnen. Außerdem ähnelten sich ABC und CNC darin, dass sie Probleme in einem begrenzten Bereich lösten und im Gegensatz zu modernen Computern keine willkürliche Reihenfolge von Anweisungen akzeptieren konnten.
Was bleibt, ist „elektronisch“. Aber obwohl ABCs mathematisches Inneres elektronisch war, arbeitete es mit elektromechanischer Geschwindigkeit. Da Atanasov und Berry finanziell nicht in der Lage waren, Vakuumröhren zur Speicherung Tausender Binärziffern zu verwenden, verwendeten sie dazu elektromechanische Komponenten. Mehrere hundert Trioden, die grundlegende mathematische Berechnungen durchführten, waren von rotierenden Trommeln und surrenden Stanzmaschinen umgeben, in denen Zwischenwerte aller Rechenschritte gespeichert waren.
Atanasov und Berry leisteten eine heldenhafte Arbeit beim Lesen und Schreiben von Daten auf Lochkarten mit enormer Geschwindigkeit, indem sie sie mit Strom verbrannten, anstatt sie mechanisch zu lochen. Dies führte jedoch zu eigenen Problemen: Es war der Brennapparat, der für einen Fehler pro 1 Zahlen verantwortlich war. Darüber hinaus konnte die Maschine selbst im besten Fall nicht schneller als eine Zeile pro Sekunde „stanzen“, sodass ABC mit jeder seiner dreißig Recheneinheiten nur eine Berechnung pro Sekunde durchführen konnte. Den Rest der Zeit blieben die Vakuumröhren untätig und „trommelten ungeduldig mit den Fingern auf den Tisch“, während sich all diese Maschinen quälend langsam um sie drehten. Atanasov und Berry spannten das Vollblutpferd an den Heuwagen. (Der Leiter des Projekts zur Nachbildung von ABC in den 10000er Jahren schätzte die Höchstgeschwindigkeit der Maschine unter Berücksichtigung der gesamten aufgewendeten Zeit, einschließlich der Arbeit des Bedieners zur Spezifizierung der Aufgabe, auf fünf Additionen oder Subtraktionen pro Sekunde. Dies ist natürlich ist schneller als ein menschlicher Computer, aber nicht die gleiche Geschwindigkeit, die wir mit elektronischen Computern assoziieren.)
ABC-Diagramm. Die Trommeln speicherten temporäre Ein- und Ausgänge auf Kondensatoren. Die Thyratron-Kartenstanzschaltung und der Kartenleser zeichneten die Ergebnisse eines gesamten Schritts des Algorithmus auf und lasen sie (wobei eine der Variablen aus dem Gleichungssystem entfernt wurde).
Die Arbeit an ABC geriet Mitte 1942 ins Stocken, als Atanasoff und Berry sich der schnell wachsenden US-Kriegsmaschinerie anschlossen, die sowohl Gehirne als auch Körper benötigte. Atanasov wurde zum Naval Ordnance Laboratory in Washington berufen, um ein Team zu leiten, das akustische Minen entwickelt. Berry heiratete Atanasovs Sekretärin und fand einen Job bei einer Militärvertragsfirma in Kalifornien, um der Einberufung in den Krieg zu entgehen. Atanasov versuchte einige Zeit, seine Kreation im Bundesstaat Iowa patentieren zu lassen, jedoch ohne Erfolg. Nach dem Krieg wandte er sich anderen Dingen zu und beschäftigte sich nicht mehr ernsthaft mit Computern. Der Computer selbst wurde 1948 auf eine Mülldeponie geschickt, um im Büro Platz für einen neuen Absolventen des Instituts zu schaffen.
Vielleicht hat Atanasov einfach zu früh mit der Arbeit begonnen. Er war auf bescheidene Universitätsstipendien angewiesen und konnte nur ein paar tausend Dollar ausgeben, um ABC zu schaffen, sodass die Wirtschaftlichkeit bei seinem Projekt alle anderen Anliegen übertraf. Wenn er bis Anfang der 1940er-Jahre gewartet hätte, hätte er möglicherweise einen staatlichen Zuschuss für ein vollwertiges elektronisches Gerät erhalten. Und in diesem Zustand – eingeschränkt in der Nutzung, schwer zu kontrollieren, unzuverlässig, nicht sehr schnell – war ABC kein vielversprechender Werbeträger für die Vorteile des elektronischen Rechnens. Die amerikanische Kriegsmaschinerie ließ ABC trotz all ihres Computerhungers in der Stadt Ames, Iowa, verrosten.
Computerkriegsmaschinen
Der Erste Weltkrieg schuf und startete ein System massiver Investitionen in Wissenschaft und Technologie und bereitete es auf den Zweiten Weltkrieg vor. In nur wenigen Jahren verlagerte sich die Praxis der Kriegsführung zu Lande und zu Wasser auf den Einsatz von Giftgasen, Magnetminen, Luftaufklärung und Bombenangriffen usw. Kein politischer oder militärischer Führer konnte solche schnellen Veränderungen übersehen. Sie waren so schnell, dass früh genug begonnene Forschung den Ausschlag in die eine oder andere Richtung geben konnte.
Die Vereinigten Staaten verfügten über reichlich Material und Verstand (viele davon waren aus Hitler-Deutschland geflohen) und hielten sich von den unmittelbaren Kämpfen ums Überleben und um die Vorherrschaft, die andere Länder betrafen, fern. Dadurch konnte das Land diese Lektion besonders deutlich lernen. Dies zeigte sich darin, dass enorme industrielle und intellektuelle Ressourcen für die Entwicklung der ersten Atomwaffe aufgewendet wurden. Eine weniger bekannte, aber ebenso wichtige oder kleinere Investition war die Investition in Radartechnologie im Rad Lab des MIT.
So erhielt das aufstrebende Gebiet der automatischen Datenverarbeitung seinen Anteil an militärischen Mitteln, wenn auch in viel geringerem Umfang. Wir haben bereits die Vielfalt der durch den Krieg hervorgerufenen elektromechanischen Rechenprojekte zur Kenntnis genommen. Das Potenzial relaisbasierter Computer war relativ gesehen bekannt, da zu diesem Zeitpunkt schon seit vielen Jahren Telefonzentralen mit Tausenden von Relais in Betrieb waren. Elektronische Komponenten haben ihre Leistungsfähigkeit in diesem Ausmaß noch nicht unter Beweis gestellt. Die meisten Experten glaubten, dass ein elektronischer Computer zwangsläufig unzuverlässig sein würde (ABC war ein Beispiel) oder dass der Bau zu lange dauern würde. Trotz des plötzlichen Zuflusses staatlicher Gelder gab es nur wenige militärische elektronische Computerprojekte. Nur drei wurden auf den Markt gebracht, und nur zwei davon führten zu betriebsbereiten Maschinen.
In Deutschland bewies der Telekommunikationsingenieur Helmut Schreyer seinem Freund Konrad Zuse den Wert der elektronischen Maschine gegenüber der elektromechanischen „V3“, die Zuse für die Luftfahrtindustrie baute (später bekannt als Z3). Zuse stimmte schließlich zu, mit Schreyer an einem zweiten Projekt zu arbeiten, und das Aeronautical Research Institute bot Ende 100 die Finanzierung eines 1941-Röhren-Prototyps an. Doch die beiden Männer begannen zunächst mit Kriegseinsätzen mit höherer Priorität, doch dann wurde ihre Arbeit durch Bombenschäden erheblich verlangsamt, so dass sie ihre Maschine nicht mehr zuverlässig zum Laufen bringen konnten.
Zuse (rechts) und Schreyer (links) arbeiten an einem elektromechanischen Computer in der Berliner Wohnung von Zuses Eltern
Und der erste elektronische Computer, der nützliche Arbeit leistete, wurde in einem Geheimlabor in Großbritannien entwickelt, wo ein Telekommunikationsingenieur einen radikal neuen Ansatz für die ventilbasierte Kryptoanalyse vorschlug. Wir werden diese Geschichte das nächste Mal enthüllen.
Was gibt es sonst noch zu lesen:
• Alice R. Burks und Arthur W. Burks, Der erste elektronische Computer: Die Atansoff-Geschichte (1988)
• David Ritchie, Die Computerpioniere (1986)
• Jane Smiley, Der Mann, der den Computer erfand (2010)
Source: habr.com