سایر مقالات این مجموعه:
- تاریخچه رله
- تاریخچه کامپیوترهای الکترونیکی
- تاریخچه ترانزیستور
- تاریخچه اینترنت
همانطور که دیدیم در مهندسان رادیو و تلفن در جستجوی تقویت‌کننده‌های قوی‌تر، حوزه فناوری جدیدی را کشف کردند که به سرعت الکترونیک نامیده شد. آمپلی فایر الکترونیکی به راحتی می تواند به یک سوئیچ دیجیتال تبدیل شود که با سرعت بسیار بالاتری نسبت به رله تلفن همراه الکترومکانیکی خود کار می کند. از آنجایی که هیچ قطعه مکانیکی وجود نداشت، یک لوله خلاء را می‌توان در یک میکروثانیه یا کمتر خاموش و روشن کرد، نه ده میلی‌ثانیه یا بیشتر مورد نیاز یک رله.
از سال 1939 تا 1945، سه کامپیوتر با استفاده از این قطعات الکترونیکی جدید ساخته شدند. تصادفی نیست که تاریخ ساخت آنها با دوران جنگ جهانی دوم مطابقت دارد. این درگیری - که در تاریخ بی نظیر بود و مردم را به ارابه جنگی کشاند - برای همیشه رابطه بین دولت ها و علم و فناوری را تغییر داد و همچنین تعداد زیادی ابزار جدید را به جهان آورد.
داستان سه کامپیوتر الکترونیکی اول با جنگ در هم تنیده شده است. اولین مورد به رمزگشایی پیام های آلمانی اختصاص داشت و تا دهه 1970 تحت پوشش محرمانه باقی ماند، زمانی که دیگر هیچ علاقه ای به جز تاریخی نداشت. دومین موردی که بیشتر خوانندگان باید درباره آن می شنیدند انیاک بود، یک ماشین حساب نظامی که برای کمک به جنگ خیلی دیر تکمیل شد. اما در اینجا ما به اولین مورد از این سه ماشین که زاییده فکر آن هاست نگاه می کنیم .
آتاناسوف
در سال 1930، آتاناسوف، پسر آمریکایی تبار یک مهاجر از ، سرانجام به آرزوی جوانی خود رسید و فیزیکدان نظری شد. اما، مانند بسیاری از این آرزوها، واقعیت آن چیزی نبود که او انتظار داشت. به ویژه، آتاناسوف مانند اکثر دانشجویان مهندسی و علوم فیزیکی در نیمه اول قرن بیستم، مجبور بود بار دردناک محاسبات ثابت را متحمل شود. پایان نامه او در دانشگاه ویسکانسین در مورد قطبش هلیوم به هشت هفته محاسبات خسته کننده با استفاده از یک ماشین حساب مکانیکی میز نیاز داشت.
جان آتاناسوف در جوانی
در سال 1935، آتاناسوف که قبلاً سمت استادی در دانشگاه آیووا را پذیرفته بود، تصمیم گرفت برای این بار کاری انجام دهد. او شروع به فکر کردن در مورد راه های ممکن برای ساخت یک کامپیوتر جدید و قدرتمندتر کرد. او با رد روش‌های آنالوگ (مانند تحلیلگر دیفرانسیل MIT) به دلایل محدودیت و عدم دقت، تصمیم گرفت یک ماشین دیجیتال بسازد که با اعداد به‌عنوان مقادیر گسسته و نه به‌عنوان اندازه‌گیری پیوسته برخورد می‌کند. از دوران جوانی، او با سیستم اعداد باینری آشنا بود و فهمید که این سیستم در ساختار روشن/خاموش یک سوئیچ دیجیتال بسیار بهتر از اعداد اعشاری معمولی جا می‌شود. بنابراین تصمیم گرفت یک ماشین باینری بسازد. و در نهایت تصمیم گرفت که برای اینکه سریعترین و انعطاف پذیرترین باشد، باید الکترونیکی باشد و از لوله های خلاء برای محاسبات استفاده کند.
آتاناسوف همچنین نیاز به تصمیم گیری در مورد فضای مشکل داشت - رایانه او باید برای چه نوع محاسباتی مناسب باشد؟ در نتیجه، او تصمیم گرفت که با حل سیستم های معادلات خطی، آنها را به یک متغیر کاهش دهد (با استفاده از )-همان محاسباتی که بر پایان نامه او غالب بود. حداکثر سی معادله را با حداکثر سی متغیر پشتیبانی می کند. چنین کامپیوتری می تواند مشکلاتی را که برای دانشمندان و مهندسان مهم است حل کند و در عین حال چندان پیچیده به نظر نمی رسد.
قطعه هنری
در اواسط دهه 1930، فناوری الکترونیکی نسبت به مبدأ آن 25 سال قبل بسیار متنوع شده بود. دو پیشرفت به ویژه برای پروژه آتاناسوف مناسب بود: یک رله ماشه و یک متر الکترونیکی.
از قرن نوزدهم، مهندسان تلگراف و تلفن وسیله ای مفید به نام سوئیچ در اختیار داشتند. سوئیچ یک رله دو پایدار است که از آهنرباهای دائمی استفاده می کند تا آن را در حالتی که آن را در حالت باز یا بسته قرار داده اید نگه دارد تا زمانی که سیگنال الکتریکی برای تغییر حالت ها دریافت کند. اما لوله های خلاء قادر به این کار نبودند. آنها هیچ جزء مکانیکی نداشتند و می توانستند "باز" یا "بسته" شوند در حالی که الکتریسیته در مدار جریان داشت یا نبود. در سال 1918، دو فیزیکدان بریتانیایی، ویلیام اکلس و فرانک جردن، دو لامپ را با سیم وصل کردند تا یک "رله ماشه" ایجاد کنند - یک رله الکترونیکی که پس از روشن شدن توسط یک ضربه اولیه، دائما روشن می ماند. اکلس و جردن سیستم خود را برای اهداف مخابراتی برای دریاسالاری بریتانیا در پایان جنگ جهانی اول ایجاد کردند. اما مدار Eccles-Jordan که بعدها به عنوان ماشه شناخته شد [انگلیسی. فلیپ فلاپ] همچنین می تواند به عنوان وسیله ای برای ذخیره یک رقم باینری در نظر گرفته شود - اگر سیگنال ارسال شود 1 و در غیر این صورت 0. به این ترتیب، از طریق n فلیپ فلاپ امکان نمایش تعداد دودویی از n بیت وجود داشت.
حدود ده سال پس از شروع، دومین پیشرفت بزرگ در الکترونیک رخ داد که با دنیای محاسبات برخورد کرد: مترهای الکترونیکی. بار دیگر، همانطور که اغلب در تاریخ اولیه محاسبات اتفاق می افتاد، بی حوصلگی مادر اختراع شد. فیزیکدانانی که گسیل ذرات زیراتمی را مطالعه می‌کردند، مجبور بودند یا به کلیک‌ها گوش دهند یا ساعت‌ها را صرف مطالعه سوابق عکاسی کنند و تعداد شناسایی‌ها را برای اندازه‌گیری میزان انتشار ذرات از مواد مختلف بشمارند. کنتورهای مکانیکی یا الکترومکانیکی گزینه‌ای وسوسه‌انگیز برای تسهیل این اقدامات بودند، اما آنها خیلی آهسته حرکت می‌کردند: آنها نمی‌توانستند رویدادهای زیادی را که در فاصله چند میلی‌ثانیه‌ای از یکدیگر رخ می‌داد ثبت کنند.
نقش کلیدی در حل این مشکل بود ، که زیر نظر ارنست رادرفورد در آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج کار می کرد. Wynne-Williams در الکترونیک مهارت داشت و قبلاً از لوله‌ها (یا دریچه‌ها، همانطور که در بریتانیا نامیده می‌شدند) برای ایجاد تقویت‌کننده‌هایی استفاده کرده بود که شنیدن اتفاقاتی که برای ذرات می‌افتد را ممکن می‌کرد. در اوایل دهه 1930، او متوجه شد که می‌توان از شیرها برای ایجاد یک شمارنده استفاده کرد که آن را «میزان شمارشگر مقیاس دودویی» نامید - یعنی شمارنده باینری. در اصل، این مجموعه ای از فلیپ فلاپ ها بود که می توانست سوئیچ ها را به زنجیره منتقل کند (در عمل از آن استفاده می شد ، انواع لامپ هایی که حاوی خلاء نیستند، بلکه گاز هستند که می توانند پس از یونیزاسیون کامل گاز در وضعیت روشن باقی بمانند).
شمارنده Wynne-Williams به سرعت به یکی از ابزارهای آزمایشگاهی ضروری برای هر کسی که در فیزیک ذرات مشغول بود تبدیل شد. فیزیکدانان شمارنده های بسیار کوچکی ساختند که اغلب شامل سه رقم بود (یعنی قادر به شمارش تا هفت). برای یک متر مکانیکی کند، و برای ثبت رویدادهایی که سریعتر از یک متر با قطعات مکانیکی آهسته حرکت می کند، می تواند ثبت کند.
اما در تئوری، چنین شمارنده‌هایی را می‌توان به اعدادی با اندازه یا دقت دلخواه تعمیم داد. اینها، به طور دقیق، اولین ماشین های محاسبه الکترونیکی دیجیتال بودند.
کامپیوتر Atanasov-Berry
آتاناسوف با این داستان آشنا بود که او را به امکان ساخت یک کامپیوتر الکترونیکی متقاعد کرد. اما او مستقیماً از شمارنده های باینری یا فلیپ فلاپ استفاده نکرد. در ابتدا، برای اساس سیستم شمارش، او سعی کرد از شمارنده های کمی تغییر یافته استفاده کند - بالاخره اگر شمارش مکرر نباشد جمع چیست؟ اما به دلایلی نتوانست مدارهای شمارش را به اندازه کافی قابل اعتماد کند و مجبور شد مدارهای جمع و ضرب خود را توسعه دهد. او نمی‌توانست از فلیپ فلاپ‌ها برای ذخیره موقت اعداد باینری استفاده کند، زیرا بودجه محدودی داشت و هدف جاه‌طلبانه‌ای برای ذخیره سی ضریب در یک زمان داشت. همانطور که به زودی خواهیم دید، این وضعیت عواقب جدی داشت.
در سال 1939، آتاناسوف طراحی کامپیوتر خود را به پایان رسانده بود. اکنون او به فردی با دانش مناسب برای ساختن آن نیاز داشت. او چنین شخصی را در یکی از فارغ التحصیلان مهندسی موسسه ایالتی آیووا به نام کلیفورد بری پیدا کرد. تا پایان سال، آتاناسوف و بری یک نمونه اولیه کوچک ساخته بودند. سال بعد آنها یک نسخه کامل از کامپیوتر را با 1960 ضریب تکمیل کردند. در دهه 10000، نویسنده‌ای که تاریخ آنها را کشف کرد، آن را رایانه آتاناسوف بری (ABC) نامید و این نام ماندگار شد. با این حال، تمام کاستی ها را نمی توان برطرف کرد. به طور خاص، ABC دارای خطای حدود یک رقم باینری در XNUMX بود که برای هر محاسبه بزرگی کشنده خواهد بود.
کلیفورد بری و ABC در سال 1942
با این حال، در آتاناسوف و ABC او می توان ریشه و منبع همه رایانه های مدرن را پیدا کرد. آیا او (با کمک توانا بری) اولین کامپیوتر دیجیتال الکترونیکی باینری را ایجاد نکرد؟ آیا اینها ویژگی های اساسی میلیاردها دستگاهی نیست که اقتصاد، جوامع و فرهنگ ها را در سراسر جهان شکل می دهد و به پیش می برد؟
اما بیایید به عقب برگردیم. صفت های دیجیتال و باینری دامنه ABC نیستند. برای مثال، رایانه اعداد مختلط بل (CNC) که تقریباً در همان زمان توسعه یافت، یک رایانه دیجیتال، باینری و الکترومکانیکی بود که قادر به محاسبه بر روی صفحه پیچیده بود. همچنین، ABC و CNC از این نظر مشابه بودند که مشکلات را در یک منطقه محدود حل می‌کردند و برخلاف رایانه‌های مدرن نمی‌توانستند دستورات دلخواه را بپذیرند.
آنچه باقی می ماند «الکترونیکی» است. اما اگرچه درون ریاضی ABC الکترونیکی بود، اما با سرعت های الکترومکانیکی کار می کرد. از آنجایی که آتاناسوف و بری از نظر مالی قادر به استفاده از لوله های خلاء برای ذخیره هزاران رقم دودویی نبودند، از قطعات الکترومکانیکی برای این کار استفاده کردند. چندین صد تریود که محاسبات ریاضی اولیه را انجام می‌دادند، توسط درام‌های چرخان و ماشین‌های پانچ چرخان احاطه شدند، جایی که مقادیر میانی تمام مراحل محاسباتی ذخیره می‌شدند.
آتاناسوف و بری کار قهرمانانه‌ای انجام دادند و با سوزاندن آنها با برق به جای مشت زدن مکانیکی، روی کارت‌های پانچ شده با سرعت فوق‌العاده خواندن و نوشتن داده‌ها را انجام دادند. اما این منجر به مشکلات خاص خود شد: این دستگاه سوزاننده بود که مسئول 1 خطا در هر 10000 شماره بود. علاوه بر این، حتی در بهترین حالت خود، دستگاه نمی‌توانست سریعتر از یک خط در ثانیه "پانچ" کند، بنابراین ABC می‌توانست در هر ثانیه تنها یک محاسبه را با هر یک از سی واحد حسابی خود انجام دهد. برای بقیه زمان، لوله‌های خلاء بیکار می‌نشستند و بی‌صبرانه «انگشتان را روی میز می‌کوبیدند» در حالی که همه این دستگاه‌ها به آرامی به آرامی دور آنها می‌چرخند. آتاناسوف و بری اسب اصیل را به گاری یونجه رساندند. (رهبر پروژه بازآفرینی ABC در دهه 1990 حداکثر سرعت ماشین را با در نظر گرفتن تمام زمان صرف شده از جمله کار اپراتور برای تعیین کار، پنج جمع یا تفریق در ثانیه تخمین زد. سریعتر از یک کامپیوتر انسانی است، اما نه به همان سرعتی که ما با رایانه های الکترونیکی مرتبط می کنیم.)
نمودار ABC. درام ها ورودی و خروجی موقت را روی خازن ها ذخیره می کردند. مدار پانچ کارت تیراترون و کارت خوان نتایج یک مرحله کامل از الگوریتم (حذف یکی از متغیرها از سیستم معادلات) را ضبط و خواند.
کار بر روی ABC در اواسط سال 1942 متوقف شد، زمانی که آتاناسوف و بری برای ماشین جنگی ایالات متحده که به سرعت در حال رشد بود، ثبت نام کردند، که به مغز و همچنین بدن نیاز داشت. آتاناسوف به آزمایشگاه مهمات دریایی در واشنگتن فراخوانده شد تا تیم توسعه مین های صوتی را رهبری کند. بری با منشی آتاناسوف ازدواج کرد و در یک شرکت پیمانکاری نظامی در کالیفرنیا شغلی پیدا کرد تا به جنگ فراخوانده نشود. آتاناسوف مدتی تلاش کرد تا خلقت خود را در ایالت آیووا ثبت اختراع کند، اما فایده ای نداشت. بعد از جنگ به سراغ کارهای دیگر رفت و دیگر به طور جدی با کامپیوتر ارتباط نداشت. خود کامپیوتر در سال 1948 به محل دفن زباله فرستاده شد تا جایی در دفتر برای فارغ التحصیلان جدید مؤسسه باز شود.
شاید آتاناسوف خیلی زود شروع به کار کرد. او به کمک هزینه های متوسط دانشگاه متکی بود و می توانست تنها چند هزار دلار برای ایجاد ABC خرج کند، بنابراین اقتصاد جایگزین همه نگرانی های دیگر در پروژه او شد. اگر او تا اوایل دهه 1940 صبر می کرد، ممکن بود کمک مالی دولتی برای یک دستگاه الکترونیکی کامل دریافت کند. و در این حالت - محدود در استفاده، کنترل دشوار، غیر قابل اعتماد، نه خیلی سریع - ABC یک تبلیغ امیدوارکننده برای مزایای محاسبات الکترونیکی نبود. ماشین جنگی آمریکایی، علی‌رغم تمام گرسنگی محاسباتی‌اش، ABC را در شهر ایمز، آیووا ترک کرد تا زنگ بزند.
ماشین های محاسباتی جنگ
جنگ جهانی اول یک سیستم سرمایه گذاری عظیم در علم و فناوری ایجاد و راه اندازی کرد و آن را برای جنگ جهانی دوم آماده کرد. تنها در چند سال، تمرین جنگ در خشکی و دریا به استفاده از گازهای سمی، مین های مغناطیسی، شناسایی هوایی و بمباران و غیره روی آورد. هیچ رهبر سیاسی یا نظامی نمی توانست چنین تغییرات سریعی را متوجه نشود. آنها به قدری سریع بودند که تحقیقات به اندازه کافی زود شروع شده بود و می توانست ترازو را به یک جهت یا آن طرف کند.
ایالات متحده مواد و مغزهای فراوانی داشت (بسیاری از آنها از آلمان هیتلری گریخته بودند) و از نبردهای فوری برای بقا و تسلط بر کشورهای دیگر دوری می‌کرد. این به کشور این امکان را داد که این درس را به طور ویژه به وضوح بیاموزد. این در این واقعیت آشکار شد که منابع صنعتی و فکری گسترده ای برای ایجاد اولین سلاح اتمی اختصاص یافت. یک سرمایه گذاری کمتر شناخته شده، اما به همان اندازه مهم یا کوچکتر، سرمایه گذاری در فناوری رادار در آزمایشگاه راد MIT بود.
بنابراین حوزه نوپای محاسبات خودکار سهم خود را از بودجه نظامی دریافت کرد، البته در مقیاس بسیار کمتر. ما قبلاً به انواع پروژه های محاسباتی الکترومکانیکی تولید شده توسط جنگ اشاره کرده ایم. پتانسیل رایانه های مبتنی بر رله، به طور نسبی، شناخته شده بود، زیرا در آن زمان، مبادلات تلفنی با هزاران رله برای سالیان متمادی فعال بودند. قطعات الکترونیکی هنوز عملکرد خود را در چنین مقیاسی ثابت نکرده اند. اکثر کارشناسان بر این باور بودند که یک کامپیوتر الکترونیکی به طور اجتناب ناپذیری غیرقابل اعتماد خواهد بود (نمونه ای از ABC بود) یا ساخت آن بسیار طولانی خواهد بود. با وجود هجوم ناگهانی پول دولت، پروژه‌های محاسبات الکترونیکی نظامی بسیار اندک بود. تنها سه مورد پرتاب شد و تنها دو مورد از آنها به ماشین های عملیاتی منجر شد.
در آلمان، مهندس مخابرات هلموت شرایر به دوستش کنراد زوزه ارزش ماشین الکترونیکی را نسبت به "V3" الکترومکانیکی که Zuse برای صنعت هوانوردی (که بعدها Z3 نامیده شد) می ساخت، ثابت کرد. زوزه در نهایت موافقت کرد که روی پروژه دوم با شرایر کار کند و مؤسسه تحقیقات هوانوردی در اواخر سال 100 پیشنهاد تأمین مالی یک نمونه اولیه 1941 لوله را داد. اما این دو مرد ابتدا به کارهای جنگی با اولویت بالاتر پرداختند و سپس کار آنها به دلیل آسیب بمباران به شدت کند شد و باعث شد که آنها نتوانند ماشین خود را به طور قابل اعتماد به کار بیاندازند.
زوزه (راست) و شرایر (سمت چپ) روی یک کامپیوتر الکترومکانیکی در آپارتمان والدین زوزه در برلین کار می کنند.
و اولین کامپیوتر الکترونیکی که کار مفیدی انجام داد در یک آزمایشگاه مخفی در بریتانیا ایجاد شد، جایی که یک مهندس مخابرات یک رویکرد جدید رادیکال برای تحلیل رمزی مبتنی بر دریچه پیشنهاد کرد. دفعه بعد این داستان را فاش خواهیم کرد.
دیگر چه بخوانیم:
• آلیس آر. بورکز و آرتور دبلیو بورکز، اولین کامپیوتر الکترونیکی: داستان آتانسف (1988)
• دیوید ریچی، پیشگامان کامپیوتر (1986)
• جین اسمایلی، مردی که کامپیوتر را اختراع کرد (2010)
منبع: www.habr.com