Sarja teised artiklid:
- Relee ajalugu
- Elektrooniliste arvutite ajalugu
- Transistori ajalugu
- Interneti ajalugu
Nagu nägime sisse , raadio- ja telefoniinsenerid, kes otsisid võimsamaid võimendeid, avastasid uue tehnoloogilise valdkonna, mis nimetati kiiresti elektroonikaks. Elektroonilise võimendi saab hõlpsasti muuta digitaalseks lülitiks, mis töötab palju suurematel kiirustel kui selle elektromehaaniline nõbu, telefonirelee. Kuna puudusid mehaanilised osad, sai vaakumtoru sisse ja välja lülitada mikrosekundi või vähema aja jooksul, mitte kümne millisekundi või enama, mida relee nõuab.
Aastatel 1939–1945 loodi nende uute elektrooniliste komponentide abil kolm arvutit. Pole juhus, et nende ehitamise kuupäevad langevad kokku Teise maailmasõja perioodiga. See konflikt, millel pole ajaloos enneolematut viisi, kuidas see inimesi sõjavankrisse köitis, muutis igaveseks suhteid riikide vahel ning teaduse ja tehnoloogia vahel ning tõi maailmale ka suure hulga uusi seadmeid.
Kolme esimese elektroonilise arvuti lood on läbi põimunud sõjaga. Esimene oli pühendatud Saksa sõnumite dešifreerimisele ja jäi saladuskatte alla 1970. aastateni, mil see ei pakkunud enam muud huvi kui ajalooline. Teine, millest enamik lugejaid oleks pidanud kuulma, oli ENIAC – sõjaline kalkulaator, mis valmis sõjas abistamiseks liiga hilja. Kuid siin vaatleme neist kolmest masinast kõige varasemat, selle vaimusünnitust .
Atanasov
1930. aastal Atanasov, Ameerikas sündinud emigrantide poeg , saavutas lõpuks oma nooruse unistuse ja temast sai teoreetiline füüsik. Kuid nagu enamiku selliste püüdluste puhul, polnud tegelikkus see, mida ta ootas. Eelkõige, nagu enamik XNUMX. sajandi esimesel poolel inseneri- ja füüsikateaduste tudengeid, pidi Atanasov kannatama pidevate kalkulatsioonide valusate koormate all. Tema doktoritöö Wisconsini ülikoolis heeliumi polarisatsioonist nõudis kaheksa nädalat tüütuid arvutusi mehaanilise lauakalkulaatori abil.
John Atanasov nooruses
1935. aastaks, olles juba vastu võtnud Iowa ülikooli professori koha, otsustas Atanasov selle koormaga midagi ette võtta. Ta hakkas mõtlema võimalikele võimalustele uue võimsama arvuti ehitamiseks. Lükkades piirangute ja ebatäpsuse tõttu kõrvale analoogmeetodid (nagu MIT-i diferentsiaalanalüsaator), otsustas ta ehitada digitaalse masina, mis käsitleks numbreid diskreetsete väärtustena, mitte pidevate mõõtmistena. Noorusest peale oli ta tuttav kahendarvusüsteemiga ja mõistis, et see sobib digilüliti sisse/väljas struktuuri palju paremini kui tavalised kümnendarvud. Nii otsustas ta teha binaarmasina. Ja lõpuks otsustas ta, et selleks, et see oleks kõige kiirem ja paindlikum, peaks see olema elektrooniline ja kasutama arvutusteks vaakumtorusid.
Atanasovil oli vaja otsustada ka probleemruumi üle - millisteks arvutusteks peaks tema arvuti sobima? Selle tulemusena otsustas ta, et hakkab tegelema lineaarvõrrandisüsteemide lahendamisega, taandades need üheks muutujaks (kasutades ) — samad arvutused, mis domineerisid tema väitekirjas. See toetab kuni kolmekümmet võrrandit, millest igaühes on kuni kolmkümmend muutujat. Selline arvuti suudaks lahendada probleeme, mis on teadlastele ja inseneridele olulised, ja samas ei tunduks see ka väga keeruline.
Kunstiteos
1930. aastate keskpaigaks oli elektrooniline tehnoloogia muutunud äärmiselt mitmekesisemaks võrreldes 25 aasta taguse algusega. Atanasovi projektiga sobisid eriti hästi kaks arendust: päästikrelee ja elektrooniline arvesti.
Alates 1918. sajandist on telegraafi- ja telefoniinseneride käsutuses olnud käepärane seade, mida nimetatakse lülitiks. Lüliti on bistabiilne relee, mis kasutab püsimagneteid, et hoida seda olekus, millesse te selle jätsite – avatud või suletud – seni, kuni see saab olekute vahetamiseks elektrilise signaali. Kuid vaakumtorud ei olnud selleks võimelised. Neil ei olnud mehaanilist komponenti ja need võisid olla "avatud" või "suletud", kui elekter läbi vooluringi voolas või ei voolanud. 1. aastal ühendasid kaks Briti füüsikut William Eccles ja Frank Jordan kaks lampi juhtmetega, et luua "päästikurelee" - elektrooniline relee, mis jääb pärast algimpulsi sisselülitamist pidevalt sisse. Eccles ja Jordan lõid Esimese maailmasõja lõpus Briti Admiraliteedile oma telekommunikatsiooni otstarbeks mõeldud süsteemi. Kuid Eccles-Jordaania ringrada, mida hiljem hakati kutsuma päästikuks [ingl. flip-flop] võib pidada ka seadmeks kahendnumbri salvestamiseks - 0, kui signaal edastatakse, ja XNUMX muul juhul. Sel viisil oli n flip-flopi kaudu võimalik esitada n-bitist binaarset arvu.
Kümmekond aastat pärast päästikut toimus elektroonikas teine suur läbimurre, mis põrkas kokku arvutimaailmaga: elektroonilised arvestid. Taas, nagu arvutite varases ajaloos sageli juhtus, sai igavusest leiutiste ema. Subatomaarsete osakeste emissiooni uurinud füüsikud pidid kas kuulama klikke või veetma tunde fotosalvestisi uurides, lugedes tuvastamiste arvu, et mõõta erinevate ainete osakeste emissiooni kiirust. Mehaanilised või elektromehaanilised arvestid olid ahvatlev võimalus nende toimingute hõlbustamiseks, kuid need liikusid liiga aeglaselt: nad ei suutnud registreerida paljusid sündmusi, mis toimusid üksteisest millisekundite jooksul.
Võtmefiguur selle probleemi lahendamisel oli , kes töötas Ernest Rutherfordi käe all Cavendishi laboris Cambridge'is. Wynne-Williamsil oli elektroonikaoskus ja ta oli juba kasutanud torusid (või klappe, nagu neid Suurbritannias nimetati), et luua võimendeid, mis võimaldasid kuulda, mis osakestega toimub. 1930. aastate alguses mõistis ta, et klappe saab kasutada loenduri loomiseks, mida ta nimetas "binaarskaala loenduriks", see tähendab binaarloenduriks. Põhimõtteliselt oli see plätude komplekt, mis võis edastada lüliteid ahelas ülespoole (praktikas kasutati , lampide tüübid, mis ei sisalda vaakumit, vaid gaasi, mis võib pärast gaasi täielikku ioniseerimist jääda sisselülitatud asendisse).
Wynne-Williamsi loendur muutus kiiresti üheks vajalikuks laboriseadmeks kõigile, kes on seotud osakeste füüsikaga. Füüsikud ehitasid väga väikesed loendurid, mis sisaldasid sageli kolme numbrit (st suudavad lugeda kuni seitsmeni). aeglase mehaanilise arvesti jaoks ja sündmuste salvestamiseks, mis toimuvad kiiremini, kui aeglaselt liikuvate mehaaniliste osadega arvesti suudab salvestada.
Kuid teoreetiliselt saaks selliseid loendureid laiendada suvalise suuruse või täpsusega numbritele. Need olid rangelt võttes esimesed digitaalsed elektroonilised arvutusmasinad.
Atanasov-Berry arvuti
Atanasovile oli see lugu tuttav, mis veenis teda elektroonilise arvuti ehitamise võimalikkuses. Kuid ta ei kasutanud otseselt binaarloendureid ega plätusid. Algul proovis ta loendussüsteemi baasil kasutada veidi muudetud loendureid - mis on lõppude lõpuks liitmine, kui mitte korduv loendamine? Kuid millegipärast ei suutnud ta loendusahelaid piisavalt töökindlaks muuta ning ta pidi ise välja töötama liitmis- ja korrutamisskeemid. Ta ei saanud kahendarvude ajutiseks salvestamiseks plätusid kasutada, sest tal oli piiratud eelarve ja ambitsioonikas eesmärk salvestada korraga kolmkümmend koefitsienti. Nagu varsti näeme, olid sellel olukorral tõsised tagajärjed.
1939. aastaks oli Atanasov oma arvuti disainimise lõpetanud. Nüüd vajas ta selle ehitamiseks õigete teadmistega inimest. Ta leidis sellise inimese Iowa osariigi instituudi inseneriõppe lõpetanud Clifford Berry juurest. Aasta lõpuks olid Atanasov ja Berry ehitanud väikese prototüübi. Järgmisel aastal valmisid nad kolmekümne koefitsiendiga arvuti täisversiooni. 1960. aastatel nimetas nende ajalugu üles kaevanud kirjanik seda Atanasoff-Berry arvutiks (ABC) ja nimi jäi külge. Kõiki puudusi aga kõrvaldada ei õnnestunud. Eelkõige oli ABC viga umbes üks kahendnumber 10000 XNUMX-st, mis oleks saatuslikuks iga suure arvutuse puhul.
Clifford Berry ja ABC 1942. aastal
Atanasovist ja tema ABC-st võib aga leida kõigi kaasaegsete arvutite juured ja allika. Kas ta ei loonud (Berry abiga) esimest binaarset elektroonilist digitaalset arvutit? Kas pole need miljardite seadmete põhiomadused, mis kujundavad ja juhivad majandust, ühiskonda ja kultuure kogu maailmas?
Aga lähme tagasi. Omadussõnad digitaalne ja kahendsõna ei kuulu ABC valdkonda. Näiteks Bell Complex Number Computer (CNC), mis töötati välja umbes samal ajal, oli digitaalne kahendarvuti elektromehaaniline arvuti, mis oli võimeline arvutama komplekstasandil. Samuti olid ABC ja CNC sarnased selle poolest, et lahendasid probleeme piiratud alal ega suutnud erinevalt tänapäevastest arvutitest aktsepteerida suvalist käskude jada.
See, mis jääb, on "elektrooniline". Kuid kuigi ABC matemaatilised sisemused olid elektroonilised, töötas see elektromehaanilisel kiirusel. Kuna Atanasovil ja Berryl polnud rahaliselt võimalik kasutada vaakumtorusid tuhandete kahendnumbrite salvestamiseks, kasutasid nad selleks elektromehaanilisi komponente. Mitusada põhilisi matemaatilisi arvutusi sooritavad trioodid olid ümbritsetud pöörlevate trumlite ja vurisevate stantsimismasinatega, kuhu salvestati kõigi arvutusastmete vaheväärtused.
Atanasov ja Berry tegid kangelasliku töö, lugedes ja kirjutades andmeid perfokaartidele tohutu kiirusega, põletades need mehaanilise augustamise asemel elektriga. Kuid see tõi kaasa omad probleemid: põlemisaparaat põhjustas ühe vea 1 10000 numbri kohta. Veelgi enam, isegi parimal juhul ei suutnud masin "löökida" kiiremini kui üks rida sekundis, nii et ABC suutis iga oma kolmekümne aritmeetilise ühikuga teha ainult ühe arvutuse sekundis. Ülejäänud aja istusid vaakumtorud jõude, kannatamatult “trummeldades sõrmedega laual”, samal ajal kui kogu see masinavärk valusalt aeglaselt nende ümber keerles. Atanasov ja Berry haakisid täisverelise hobuse heinavankri külge. (ABC taasloomise projekti eestvedaja 1990. aastatel hindas masina maksimaalseks kiiruseks, võttes arvesse kogu kuluvat aega, sealhulgas operaatori tööd ülesande täpsustamisel, viieks liitmiseks või lahutamiseks sekundis. Seda muidugi on kiirem kui inimarvuti, kuid mitte sama kiirusega , mida seostame elektrooniliste arvutitega.)
ABC diagramm. Trummid salvestasid ajutise sisendi ja väljundi kondensaatoritele. Türatroni kaardi mulgusahel ja kaardilugeja salvestasid ja lugesid algoritmi terve sammu tulemused (kõrvaldades võrrandisüsteemist ühe muutuja).
Töö ABC kallal takerdus 1942. aasta keskel, kui Atanasoff ja Berry liitusid kiiresti kasvava USA sõjamasinaga, mis nõudis nii ajusid kui ka kehasid. Atanasov kutsuti Washingtoni mereväe lahingumoona laborisse, et juhtida akustiliste miinide väljatöötamise meeskonda. Berry abiellus Atanasovi sekretäriga ja leidis töö Californias sõjaväe lepingulises ettevõttes, et vältida sõtta kutsumist. Atanasov üritas mõnda aega oma loomingut Iowa osariigis patenteerida, kuid tulutult. Pärast sõda läks ta muude asjade juurde ega tegelenud enam tõsiselt arvutiga. Arvuti ise saadeti 1948. aastal prügimäele, et teha kontoris ruumi värskele instituudilõpetajale.
Võib-olla hakkas Atanasov lihtsalt liiga vara tööle. Ta tugines tagasihoidlikele ülikoolitoetustele ja suutis ABC loomiseks kulutada vaid paar tuhat dollarit, nii et ökonoomsus asendas kõik muud tema projekti mured. Kui ta oleks oodanud 1940. aastate alguseni, oleks ta ehk saanud riigitoetust täisväärtusliku elektroonikaseadme jaoks. Ja sellises olekus – piiratud kasutusega, raskesti juhitav, ebausaldusväärne, mitte eriti kiire – ei olnud ABC paljulubav reklaam elektroonilise andmetöötluse eeliste kohta. Ameerika sõjamasin jättis kogu oma arvutusnäljale vaatamata ABC Iowa osariigis Amesi linnas roostetama.
Sõjaarvutusmasinad
Esimene maailmasõda lõi ja käivitas tohutute investeeringute süsteemi teadusesse ja tehnoloogiasse ning valmistas selle ette Teiseks maailmasõjaks. Vaid mõne aastaga läks maal ja merel sõjapidamise praktika üle mürkgaaside, magnetmiinide, õhuluure ja pommitamise jms kasutamisele. Nii kiireid muutusi ei saanud märkamata jätta ükski poliitiline ega sõjaline juht. Need olid nii kiired, et piisavalt varakult alustatud uuringud võisid kaalud ühes või teises suunas kallutada.
USA-l oli palju materjale ja ajusid (kellest paljud olid põgenenud Hitleri Saksamaalt) ning ta oli eemal vahetutest ellujäämis- ja domineerimisvõitlustest, mis mõjutasid teisi riike. See võimaldas riigil selle õppetunni eriti selgeks õppida. See väljendus selles, et esimese aatomirelva loomisele pühendati tohutult tööstuslikke ja intellektuaalseid ressursse. Vähem tuntud, kuid sama oluline või väiksem investeering oli investeering radaritehnoloogiasse, mille keskmes oli MIT-i Rad Lab.
Nii sai tekkiv automaatse andmetöötluse valdkond oma osa sõjalisest rahastamisest, kuigi palju väiksemas mahus. Oleme juba märkinud sõja tekitatud elektromehaaniliste arvutusprojektide mitmekesisust. Releepõhiste arvutite potentsiaal oli suhteliselt teada, kuna selleks ajaks olid tuhandete releetega telefonijaamad töötanud juba aastaid. Elektroonilised komponendid ei ole veel oma jõudlust sellises ulatuses tõestanud. Enamik eksperte uskus, et elektrooniline arvuti on paratamatult ebausaldusväärne (näiteks ABC) või selle ehitamine võtab liiga kaua aega. Vaatamata valitsuse raha äkilisele sissevoolule oli sõjaväe elektroonilise andmetöötluse projekte vähe. Käivitati ainult kolm ja ainult kaks neist andsid töökorras masinad.
Saksamaal tõestas telekommunikatsiooniinsener Helmut Schreyer oma sõbrale Konrad Zusele elektroonilise masina väärtust elektromehaanilise "V3" ees, mida Zuse ehitas aeronautikatööstusele (hiljem tuntud kui Z3). Lõpuks nõustus Zuse töötama koos Schreyeriga teise projekti kallal ja Aeronautikauuringute Instituut pakkus 100. aasta lõpus rahastada 1941 toruga prototüüpi. Kuid need kaks meest asusid esmalt kõrgema prioriteediga sõjatööle ja seejärel aeglustasid nende tööd tõsiselt pommikahjustused, mistõttu nad ei saanud oma masinat usaldusväärselt tööle panna.
Zuse (paremal) ja Schreyer (vasakul) töötavad Zuse vanemate Berliini korteris elektromehaanilise arvutiga
Ja esimene kasulikku tööd teinud elektrooniline arvuti loodi Suurbritannia salalaboris, kus telekommunikatsiooniinsener pakkus välja radikaalselt uue lähenemise klapipõhisele krüptoanalüüsile. Selle loo avaldame järgmisel korral.
Mida veel lugeda:
• Alice R. Burks ja Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, mees, kes leiutas arvuti (2010)
Allikas: www.habr.com