Muut artikkelit sarjassa:
- Releen historia
- Elektronisten tietokoneiden historia
- Transistorin historia
- Internetin historia
Kuten näimme sisään , radio- ja puhelininsinöörit tehokkaampia vahvistimia etsiessään löysivät uuden teknologia-alan, joka nimettiin nopeasti elektroniikaksi. Elektroninen vahvistin voitaisiin helposti muuntaa digitaaliseksi kytkimeksi, joka toimii paljon suuremmilla nopeuksilla kuin sen sähkömekaaninen serkku, puhelinrele. Koska siellä ei ollut mekaanisia osia, tyhjiöputki voitiin kytkeä päälle ja pois mikrosekunnissa tai lyhyemmässä ajassa sen sijaan, että rele vaatii kymmenen millisekuntia tai enemmän.
Vuodesta 1939 vuoteen 1945 luotiin kolme tietokonetta käyttämällä näitä uusia elektronisia komponentteja. Ei ole sattumaa, että niiden rakennuspäivämäärät ovat samat kuin toisen maailmansodan aika. Tämä konflikti – jolla on historiassa vertaansa vailla tapa, jolla se sitoi ihmiset sotavaunuihin – muutti ikuisesti valtioiden sekä tieteen ja teknologian välistä suhdetta ja toi myös suuren määrän uusia laitteita maailmaan.
Kolmen ensimmäisen elektronisen tietokoneen tarinat kietoutuvat sotaan. Ensimmäinen oli omistettu saksalaisten viestien tulkitsemiseen ja pysyi salassa 1970-luvulle asti, jolloin se ei enää kiinnostanut muuta kuin historiallista. Toinen, josta useimpien lukijoiden olisi pitänyt kuulla, oli ENIAC, sotilaslaskin, joka valmistui liian myöhään auttaakseen sodassa. Mutta tässä tarkastelemme varhaisinta näistä kolmesta koneesta, jonka idea on .
Atanasov
Vuonna 1930 Atanasov, amerikkalaissyntyinen siirtolaisen poika , saavutti lopulta nuoruuden unelmansa ja hänestä tuli teoreettinen fyysikko. Mutta kuten useimpien tällaisten toiveiden kohdalla, todellisuus ei ollut sitä mitä hän odotti. Erityisesti, kuten useimmat tekniikan ja fysiikan opiskelijat XNUMX-luvun ensimmäisellä puoliskolla, Atanasov joutui kärsimään jatkuvien laskelmien tuskallisista rasitteista. Hänen väitöskirjansa Wisconsinin yliopistossa heliumin polarisaatiosta vaati kahdeksan viikkoa ikäviä laskelmia mekaanisella pöytälaskimella.
John Atanasov nuoruudessaan
Vuoteen 1935 mennessä, kun Atanasov oli jo hyväksynyt professorin paikan Iowan yliopistossa, päätti tehdä jotain tälle taakkalle. Hän alkoi miettiä mahdollisia tapoja rakentaa uusi, tehokkaampi tietokone. Hän hylkäsi analogiset menetelmät (kuten MIT-differentiaalianalysaattorin) rajoitusten ja epätarkkuuden vuoksi ja päätti rakentaa digitaalisen koneen, joka käsitteli numeroita diskreeteinä arvoina jatkuvien mittausten sijaan. Hän tunsi nuoruudestaan lähtien binäärilukujärjestelmän ja ymmärsi, että se sopii paljon paremmin digitaalisen kytkimen on/off-rakenteeseen kuin tavalliset desimaaliluvut. Joten hän päätti tehdä binäärikoneen. Ja lopuksi hän päätti, että jotta se olisi nopein ja joustavin, sen pitäisi olla elektroninen ja käyttää tyhjiöputkia laskelmiin.
Atanasovin piti myös päättää ongelmatilasta - millaisiin laskelmiin hänen tietokoneensa tulisi olla sopiva? Tämän seurauksena hän päätti, että hän ratkaisisi lineaarisia yhtälöjärjestelmiä vähentäen ne yhdeksi muuttujaksi (käyttäen ) — samat laskelmat, jotka hallitsivat hänen väitöskirjaansa. Se tukee jopa kolmeakymmentä yhtälöä, joissa kussakin on enintään kolmekymmentä muuttujaa. Tällainen tietokone voisi ratkaista tutkijoille ja insinööreille tärkeitä ongelmia, mutta samalla se ei näyttäisi olevan uskomattoman monimutkainen.
Taideteos
1930-luvun puoliväliin mennessä elektroniikkatekniikka oli monipuolistunut äärimmäisen monimuotoisiksi 25 vuotta aikaisemmasta alkuperästään. Atanasovin projektiin sopi erityisen hyvin kaksi kehitystä: laukaisurele ja elektroninen mittari.
Lennätin- ja puhelininsinööreillä on 1918-luvulta lähtien ollut käytössään kätevä laite, jota kutsutaan kytkimeksi. Kytkin on bistabiili rele, joka käyttää kestomagneetteja pitääkseen sen tilassa, johon jätit sen – auki tai kiinni – kunnes se vastaanottaa sähköisen signaalin tilojen vaihtamiseksi. Mutta tyhjiöputket eivät kyenneet tähän. Niissä ei ollut mekaanisia komponentteja ja ne saattoivat olla "auki" tai "suljettu", kun sähkö virtasi tai ei virtaa piirin läpi. Vuonna 1 kaksi brittiläistä fyysikkoa, William Eccles ja Frank Jordan, liittivät kaksi lamppua johdoilla luodakseen "liipaisureleen" - elektronisen releen, joka pysyy jatkuvasti päällä sen jälkeen, kun se oli kytketty päälle alkuimpulssilla. Eccles ja Jordan loivat tietoliikennejärjestelmänsä Ison-Britannian amiraliteetille ensimmäisen maailmansodan lopussa. Mutta Eccles-Jordan-piiri, joka myöhemmin tuli tunnetuksi laukaisimena [englanniksi. flip-flop] voidaan myös pitää laitteena binääriluvun tallentamiseen - 0, jos signaali lähetetään, ja XNUMX muussa tapauksessa. Tällä tavalla n:n kiikun kautta oli mahdollista esittää n bitin binäärimäärä.
Noin kymmenen vuotta laukaisun jälkeen tapahtui toinen suuri läpimurto elektroniikassa, joka törmäsi tietojenkäsittelyn maailmaan: elektroniset mittarit. Jälleen kerran, kuten usein tapahtui tietojenkäsittelyn varhaisessa historiassa, tylsyydestä tuli keksinnän äiti. Subatomisten hiukkasten emissiota tutkivien fyysikkojen täytyi joko kuunnella napsautuksia tai viettää tuntikausia valokuvatallenteiden tutkimiseen ja laskea havaintojen lukumäärä mitatakseen eri aineiden hiukkasten emissionopeutta. Mekaaniset tai sähkömekaaniset mittarit olivat houkutteleva vaihtoehto näiden toimien helpottamiseksi, mutta ne liikkuivat liian hitaasti: ne eivät pystyneet rekisteröimään monia millisekuntien sisällä tapahtuneita tapahtumia.
Avainhenkilö tämän ongelman ratkaisemisessa oli , joka työskenteli Ernest Rutherfordin alaisuudessa Cavendishin laboratoriossa Cambridgessa. Wynne-Williamsilla oli elektroniikkataito, ja hän oli jo käyttänyt putkia (tai venttiileitä, kuten niitä kutsuttiin Isossa-Britanniassa) luodakseen vahvistimia, joiden avulla oli mahdollista kuulla, mitä hiukkasille tapahtui. 1930-luvun alussa hän tajusi, että venttiileillä voidaan luoda laskuri, jota hän kutsui "binäärilaskuriksi" eli binäärilaskuriksi. Pohjimmiltaan se oli joukko varvastossuja, jotka pystyivät lähettämään kytkimiä ketjussa ylöspäin (käytännössä se käytti , lampputyypit, jotka eivät sisällä tyhjiötä, vaan kaasua, joka voi pysyä päällä-asennossa kaasun täydellisen ionisoitumisen jälkeen).
Wynne-Williamsin laskurista tuli nopeasti yksi tarvittavista laboratoriolaitteista kaikille hiukkasfysiikan parissa työskenteleville. Fyysikot rakensivat hyvin pieniä laskureita, joissa oli usein kolme numeroa (eli pystyivät laskemaan seitsemään). hitaalle mekaaniselle mittarille ja tapahtumien tallentamiseen, jotka tapahtuvat nopeammin kuin mittari, jossa on hitaasti liikkuvia mekaanisia osia, voisi tallentaa.
Mutta teoriassa tällaiset laskurit voitaisiin laajentaa mielivaltaisen kokoisiin tai tarkkoihin lukuihin. Nämä olivat tarkalleen ottaen ensimmäiset digitaaliset elektroniset laskukoneet.
Atanasov-Berry tietokone
Atanasov tunsi tämän tarinan, joka vakuutti hänet mahdollisuudesta rakentaa elektroninen tietokone. Mutta hän ei käyttänyt suoraan binäärilaskuria tai varvastossuja. Aluksi hän yritti käyttää laskentajärjestelmän perustana hieman muunneltuja laskureita - mitä on loppujen lopuksi lisäys, ellei toistuva laskenta? Mutta jostain syystä hän ei voinut tehdä laskentapiireistä tarpeeksi luotettavia, ja hänen oli kehitettävä omat yhteen- ja kertolaskupiirinsä. Hän ei voinut käyttää varvastossuja binäärilukujen väliaikaiseen tallentamiseen, koska hänellä oli rajallinen budjetti ja kunnianhimoinen tavoite tallentaa kolmekymmentä kerrointa kerrallaan. Kuten pian näemme, tällä tilanteella oli vakavia seurauksia.
Vuoteen 1939 mennessä Atanasov oli saanut päätökseen tietokoneensa suunnittelun. Nyt hän tarvitsi jonkun, jolla oli oikeat tiedot rakentamaan sen. Hän löysi sellaisen henkilön Iowa State Instituten insinööritutkinnon suorittaneesta Clifford Berrystä. Vuoden loppuun mennessä Atanasov ja Berry olivat rakentaneet pienen prototyypin. Seuraavana vuonna he saivat valmiiksi täyden version tietokoneesta kolmellakymmenellä kertoimella. 1960-luvulla heidän historiaansa kaivanut kirjailija kutsui sitä Atanasoff-Berry Computeriksi (ABC), ja nimi jäi kiinni. Kaikkia puutteita ei kuitenkaan voitu poistaa. Erityisesti ABC:n virhe oli noin yksi binäärinumero 10000 XNUMX:ssa, mikä olisi kohtalokasta mille tahansa suurelle laskennalle.
Clifford Berry ja ABC vuonna 1942
Atanasovista ja hänen ABC:stään löytyy kuitenkin kaikkien nykyaikaisten tietokoneiden juuret ja lähde. Eikö hän loi (Berryn avulla) ensimmäistä binaarista elektronista digitaalista tietokonetta? Eivätkö nämä ole niiden miljardien laitteiden perusominaisuudet, jotka muokkaavat ja ohjaavat talouksia, yhteiskuntia ja kulttuureja ympäri maailmaa?
Mutta mennään takaisin. Adjektiivit digitaalinen ja binääri eivät kuulu ABC:n toimialueeseen. Esimerkiksi Bell Complex Number Computer (CNC), joka kehitettiin suunnilleen samaan aikaan, oli digitaalinen, binäärinen, sähkömekaaninen tietokone, joka pystyi laskemaan kompleksitasolla. Myös ABC ja CNC olivat samanlaisia siinä mielessä, että ne ratkaisivat ongelmia rajoitetulla alueella eivätkä voineet, toisin kuin nykyaikaiset tietokoneet, hyväksyä mielivaltaista käskysarjaa.
Jäljelle jää "elektroniikka". Mutta vaikka ABC:n matemaattiset sisäelimet olivat elektronisia, se toimi sähkömekaanisilla nopeuksilla. Koska Atanasov ja Berry eivät taloudellisesti kyenneet käyttämään tyhjiöputkia tuhansien binäärinumeroiden tallentamiseen, he käyttivät sähkömekaanisia komponentteja tehdäkseen niin. Useita satoja matemaattisia peruslaskelmia suorittavia triodeja ympäröitiin pyörivillä rummuilla ja pyörteillä lävistyskoneilla, joihin tallennettiin kaikkien laskentavaiheiden väliarvot.
Atanasov ja Berry tekivät sankarillisen työn lukiessaan ja kirjoittaessaan dataa rei'itetyille korteille valtavalla nopeudella polttamalla ne sähköllä mekaanisen lävistyksen sijaan. Mutta tämä johti omiin ongelmiinsa: se oli polttava laite, joka oli vastuussa 1 virheestä 10000 1990 numeroa kohti. Lisäksi kone ei parhaimmillaankaan kyennyt "lyömään" nopeammin kuin yksi rivi sekunnissa, joten ABC pystyi suorittamaan vain yhden laskutoimituksen sekunnissa kullakin kolmellakymmenellä aritmeettisella yksiköllään. Lopun ajan tyhjiöputket istuivat käyttämättömänä, kärsimättömästi "rummuttaen sormiaan pöydällä", kun kaikki tämä koneisto pyöri tuskallisen hitaasti niiden ympärillä. Atanasov ja Berry kiinnittivät täysiverisen hevosen heinäkärryyn. (XNUMX-luvulla ABC:n uudelleenluontiprojektin johtaja arvioi koneen maksiminopeudeksi, ottaen huomioon kaiken käytetyn ajan, mukaan lukien operaattorin tehtävän määrittelytyö, viideksi yhteen- tai vähennykseksi sekunnissa. Tämä tietysti on nopeampi kuin ihmisen tietokone, mutta ei samaa nopeutta, jonka yhdistämme elektronisiin tietokoneisiin.)
ABC-kaavio. Rummut tallensivat tilapäisen tulon ja lähdön kondensaattoreihin. Tyratron-kortin lävistyspiiri ja kortinlukija tallensivat ja lukivat algoritmin kokonaisen vaiheen tulokset (poistivat yhden muuttujan yhtälöjärjestelmästä).
Työ ABC:n parissa pysähtyi vuoden 1942 puolivälissä, kun Atanasoff ja Berry liittyivät nopeasti kasvavaan Yhdysvaltain sotakoneeseen, joka vaati sekä aivoja että kehoa. Atanasov kutsuttiin Naval Ordnance Laboratoryyn Washingtoniin johtamaan ryhmää, joka kehittää akustisia miinoja. Berry meni naimisiin Atanasovin sihteerin kanssa ja löysi työpaikan sotilassopimusyrityksestä Kaliforniassa välttääkseen joutumisen sotaan. Atanasov yritti jonkin aikaa patentoida luomuksiaan Iowan osavaltiossa, mutta turhaan. Sodan jälkeen hän siirtyi muihin asioihin eikä ollut enää vakavasti tekemisissä tietokoneiden kanssa. Itse tietokone lähetettiin kaatopaikalle vuonna 1948, jotta toimistossa olisi tilaa vastavalmistuneelle instituutista.
Ehkä Atanasov yksinkertaisesti aloitti työnteon liian aikaisin. Hän luotti vaatimattomiin yliopisto-apurahoihin ja saattoi käyttää vain muutaman tuhannen dollarin ABC:n luomiseen, joten talous syrjäytti kaikki muut huolenaiheet projektissaan. Jos hän olisi odottanut 1940-luvun alkuun asti, hän olisi voinut saada valtion avustuksen täysimittaiseen elektroniikkalaitteeseen. Ja tässä tilassa - rajoitettu käyttö, vaikea hallita, epäluotettava, ei kovin nopea - ABC ei ollut lupaava mainos sähköisen tietojenkäsittelyn eduista. Amerikkalainen sotakoneisto jätti kaikesta tietojenkäsittelyn nälkäistään huolimatta ABC:n ruostumaan Amesin kaupunkiin Iowassa.
Sodan laskentakoneet
Ensimmäinen maailmansota loi ja käynnisti järjestelmän massiivisten investointien tieteeseen ja teknologiaan ja valmisteli sitä toista maailmansotaa varten. Vain muutamassa vuodessa sodankäynti maalla ja merellä siirtyi myrkkykaasujen, magneettimiinojen, ilmatiedustelu- ja pommitusten käyttöön ja niin edelleen. Yksikään poliittinen tai sotilaallinen johtaja ei voinut olla huomaamatta näin nopeita muutoksia. Ne olivat niin nopeita, että riittävän aikaisin aloitettu tutkimus saattoi kallistaa asteikkoja suuntaan tai toiseen.
Yhdysvalloilla oli runsaasti materiaaleja ja aivoja (joista monet olivat paenneet Hitlerin Saksasta) ja se oli erillään muihin maihin vaikuttavista välittömistä selviytymis- ja valtataisteluista. Tämä antoi maalle mahdollisuuden oppia tämän läksyn erityisen selvästi. Tämä ilmeni siinä tosiasiassa, että valtavia teollisia ja henkisiä resursseja omistettiin ensimmäisen atomiaseen luomiseen. Vähemmän tunnettu, mutta yhtä tärkeä tai pienempi investointi oli MIT:n Rad Labiin keskittynyt investointi tutkateknologiaan.
Niinpä syntymässä oleva automaattisen laskennan ala sai osuutensa sotilaallisesta rahoituksesta, vaikkakin paljon pienemmässä mittakaavassa. Olemme jo panneet merkille sodan synnyttämien sähkömekaanisten laskentaprojektien kirjon. Relepohjaisten tietokoneiden potentiaali oli suhteellisesti tiedossa, sillä tuhansien releiden puhelinkeskukset olivat tuolloin olleet toiminnassa useita vuosia. Elektroniset komponentit eivät ole vielä osoittaneet suorituskykyään tässä mittakaavassa. Useimmat asiantuntijat uskoivat, että elektroninen tietokone olisi väistämättä epäluotettava (esimerkki ABC) tai sen rakentaminen kestäisi liian kauan. Huolimatta äkillisestä valtion rahavirrasta, sotilaallisia elektronisia laskentaprojekteja oli vähän ja kaukana. Vain kolme lanseerattiin, ja vain kaksi niistä johti toimiviin koneisiin.
Saksassa tietoliikenneinsinööri Helmut Schreyer osoitti ystävälleen Konrad Zuselle elektronisen koneen arvon sähkömekaanisen "V3":n yläpuolella, jota Zuse rakensi ilmailuteollisuudelle (tunnetaan myöhemmin nimellä Z3). Lopulta Zuse suostui työskentelemään toisessa projektissa Schreyerin kanssa, ja Aeronautical Research Institute tarjoutui rahoittamaan 100 putken prototyypin vuoden 1941 lopulla. Mutta kaksi miestä aloittivat ensin tärkeämmän sotatyön, ja sitten pommivauriot hidastivat heidän työtään vakavasti, jolloin he eivät pystyneet saamaan konettaan toimimaan luotettavasti.
Zuse (oikealla) ja Schreyer (vasemmalla) työskentelevät sähkömekaanisella tietokoneella Zusen vanhempien Berliinin asunnossa
Ja ensimmäinen elektroninen tietokone, joka teki hyödyllistä työtä, luotiin salaisessa laboratoriossa Isossa-Britanniassa, jossa tietoliikenneinsinööri ehdotti radikaalisti uutta lähestymistapaa venttiilipohjaiseen kryptoanalyysiin. Tämän tarinan paljastamme ensi kerralla.
Mitä muuta luettavaa:
• Alice R. Burks ja Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, Mies, joka keksi tietokoneen (2010)
Lähde: will.com