Autres articles de la série :
- Histoire du relais
- Histoire des ordinateurs électroniques
- Histoire du transistor
- Histoire Internet
Comme nous l'avons vu dans , les ingénieurs radio et téléphone à la recherche d'amplificateurs plus puissants découvrent un nouveau domaine technologique qui sera rapidement baptisé électronique. L'amplificateur électronique pourrait facilement être converti en commutateur numérique, fonctionnant à des vitesses beaucoup plus élevées que son cousin électromécanique, le relais téléphonique. Comme il n'y avait aucune pièce mécanique, un tube à vide pouvait être allumé et éteint en une microseconde ou moins, plutôt que les dix millisecondes ou plus requises par un relais.
De 1939 à 1945, trois ordinateurs furent créés utilisant ces nouveaux composants électroniques. Ce n'est pas un hasard si les dates de leur construction coïncident avec la période de la Seconde Guerre mondiale. Ce conflit – sans précédent dans l’histoire dans la manière dont il a attelé les peuples au char de la guerre – a changé à jamais les relations entre les États et entre la science et la technologie, et a également apporté un grand nombre de nouveaux dispositifs au monde.
Les histoires des trois premiers ordinateurs électroniques sont étroitement liées à la guerre. Le premier était consacré au déchiffrement des messages allemands, et resta sous le couvert du secret jusque dans les années 1970, où il ne présenta plus d'autre intérêt qu'historique. Le deuxième dont la plupart des lecteurs auraient dû entendre parler était ENIAC, un calculateur militaire qui a été achevé trop tard pour aider à la guerre. Mais nous examinons ici la première de ces trois machines, née de l'idée originale de .
Atanasov
En 1930, Atanasov, fils d'un émigré né aux États-Unis , a finalement réalisé son rêve de jeunesse et est devenu physicien théoricien. Mais comme pour la plupart de ces aspirations, la réalité n’était pas celle à laquelle il s’attendait. En particulier, comme la plupart des étudiants en ingénierie et en sciences physiques de la première moitié du XXe siècle, Atanasov a dû supporter le fardeau douloureux de calculs constants. Sa thèse à l'Université du Wisconsin sur la polarisation de l'hélium a nécessité huit semaines de calculs fastidieux à l'aide d'une calculatrice de bureau mécanique.
John Atanasov dans sa jeunesse
En 1935, après avoir accepté un poste de professeur à l'Université de l'Iowa, Atanasov décida de faire quelque chose pour alléger ce fardeau. Il a commencé à réfléchir aux moyens possibles de construire un nouvel ordinateur plus puissant. Rejetant les méthodes analogiques (comme l'analyseur différentiel du MIT) pour des raisons de limitations et d'imprécision, il décide de construire une machine numérique traitant les nombres comme des valeurs discrètes plutôt que comme des mesures continues. Dès sa jeunesse, il connaissait le système de nombres binaires et a compris qu'il s'intègre bien mieux dans la structure marche/arrêt d'un interrupteur numérique que les nombres décimaux habituels. Il a donc décidé de créer une machine binaire. Et finalement, il a décidé que pour qu'il soit le plus rapide et le plus flexible possible, il devrait être électronique et utiliser des tubes à vide pour les calculs.
Atanasov devait également décider de l'espace du problème : à quel type de calculs son ordinateur devrait-il être adapté ? En conséquence, il a décidé qu'il s'occuperait de la résolution de systèmes d'équations linéaires, en les réduisant à une seule variable (en utilisant )—les mêmes calculs qui ont dominé sa thèse. Il prendra en charge jusqu'à trente équations, comportant chacune jusqu'à trente variables. Un tel ordinateur pourrait résoudre des problèmes importants pour les scientifiques et les ingénieurs, et en même temps, il ne semblerait pas incroyablement complexe.
Œuvre d'art
Au milieu des années 1930, la technologie électronique était devenue extrêmement diversifiée depuis ses origines 25 ans plus tôt. Deux développements étaient particulièrement bien adaptés au projet d'Atanasov : un relais de déclenchement et un compteur électronique.
Depuis le XIXe siècle, les ingénieurs télégraphistes et téléphoniques disposent d'un appareil pratique appelé interrupteur. Un interrupteur est un relais bistable qui utilise des aimants permanents pour le maintenir dans l'état dans lequel vous l'avez laissé (ouvert ou fermé) jusqu'à ce qu'il reçoive un signal électrique pour changer d'état. Mais les tubes à vide n’en étaient pas capables. Ils n'avaient aucun composant mécanique et pouvaient être « ouverts » ou « fermés » lorsque l'électricité circulait ou non dans le circuit. En 1918, deux physiciens britanniques, William Eccles et Frank Jordan, ont connecté deux lampes avec des fils pour créer un « relais déclencheur » : un relais électronique qui reste constamment allumé après avoir été allumé par une impulsion initiale. Eccles et Jordan ont créé leur système de télécommunications pour l'Amirauté britannique à la fin de la Première Guerre mondiale. Mais le circuit Eccles-Jordan, qui deviendra plus tard connu sous le nom de déclencheur [anglais. flip-flop] pourrait également être considéré comme un dispositif permettant de stocker un chiffre binaire - 1 si le signal est transmis, et 0 sinon. De cette manière, grâce à n bascules, il était possible de représenter un nombre binaire de n bits.
Une dizaine d’années après le déclenchement, survient la deuxième grande avancée de l’électronique, entrant en collision avec le monde de l’informatique : les compteurs électroniques. Une fois de plus, comme cela s’est souvent produit au début de l’histoire de l’informatique, l’ennui est devenu la mère de l’invention. Les physiciens qui étudiaient l'émission de particules subatomiques devaient soit écouter les clics, soit passer des heures à étudier des enregistrements photographiques, comptant le nombre de détections pour mesurer le taux d'émission de particules provenant de diverses substances. Les compteurs mécaniques ou électromécaniques étaient une option tentante pour faciliter ces actions, mais ils se déplaçaient trop lentement : ils ne pouvaient pas enregistrer les nombreux événements qui se produisaient à quelques millisecondes les uns des autres.
Le personnage clé dans la résolution de ce problème était , qui a travaillé sous la direction d'Ernest Rutherford au laboratoire Cavendish de Cambridge. Wynne-Williams avait un talent pour l'électronique et avait déjà utilisé des tubes (ou des valves, comme on les appelait en Grande-Bretagne) pour créer des amplificateurs permettant d'entendre ce qui arrivait aux particules. Au début des années 1930, il réalisa que des vannes pouvaient être utilisées pour créer un compteur, qu'il appela « compteur à échelle binaire », c'est-à-dire un compteur binaire. Essentiellement, il s'agissait d'un ensemble de bascules capables de transmettre des commutateurs en amont de la chaîne (en pratique, il utilisait , types de lampes contenant non pas du vide, mais un gaz, qui pourraient rester en position allumée après ionisation complète du gaz).
Le compteur Wynne-Williams est rapidement devenu l'un des appareils de laboratoire indispensables à toute personne impliquée dans la physique des particules. Les physiciens ont construit de très petits compteurs, contenant souvent trois chiffres (c'est-à-dire capables de compter jusqu'à sept). pour un compteur mécanique lent et pour enregistrer des événements se produisant plus rapidement qu'un compteur doté de pièces mécaniques à mouvement lent ne pourrait enregistrer.
Mais en théorie, ces compteurs pourraient être étendus à des nombres de taille ou de précision arbitraires. Il s’agit à proprement parler des premières machines à calculer électroniques numériques.
Ordinateur Atanasov-Berry
Atanasov connaissait cette histoire, qui l'a convaincu de la possibilité de construire un ordinateur électronique. Mais il n’a pas utilisé directement des compteurs binaires ou des bascules. Au début, comme base du système de comptage, il a essayé d'utiliser des compteurs légèrement modifiés - après tout, qu'est-ce que l'addition sinon un comptage répété ? Mais pour une raison quelconque, il ne parvenait pas à rendre les circuits de comptage suffisamment fiables et il dut développer ses propres circuits d'addition et de multiplication. Il ne pouvait pas utiliser de tongs pour stocker temporairement des nombres binaires car il disposait d'un budget limité et d'un objectif ambitieux de stocker trente coefficients à la fois. Comme nous le verrons bientôt, cette situation a eu de graves conséquences.
En 1939, Atanasov avait fini de concevoir son ordinateur. Il lui fallait désormais quelqu’un possédant les connaissances nécessaires pour le construire. Il a trouvé une telle personne chez un diplômé en ingénierie de l’Iowa State Institute, nommé Clifford Berry. À la fin de l’année, Atanasov et Berry avaient construit un petit prototype. L'année suivante, ils ont réalisé une version complète de l'ordinateur avec trente coefficients. Dans les années 1960, un écrivain qui a fouillé leur histoire l'a appelé l'ordinateur Atanasoff-Berry (ABC), et le nom est resté. Cependant, toutes les lacunes n’ont pas pu être éliminées. En particulier, ABC comportait une erreur d’environ un chiffre binaire sur 10000 XNUMX, ce qui serait fatal pour tout calcul important.
Clifford Berry et ABC en 1942
Cependant, dans Atanasov et son ABC, on peut trouver les racines et la source de tous les ordinateurs modernes. N'a-t-il pas créé (avec l'aide compétente de Berry) le premier ordinateur numérique électronique binaire ? Ne s’agit-il pas là des caractéristiques fondamentales des milliards d’appareils qui façonnent et dirigent les économies, les sociétés et les cultures à travers le monde ?
Mais revenons en arrière. Les adjectifs numérique et binaire ne sont pas du domaine d’ABC. Par exemple, le Bell Complex Number Computer (CNC), développé à peu près à la même époque, était un ordinateur électromécanique numérique, binaire, capable d'effectuer des calculs sur le plan complexe. En outre, ABC et CNC étaient similaires dans le sens où ils résolvaient des problèmes dans un domaine limité et ne pouvaient pas, contrairement aux ordinateurs modernes, accepter une séquence arbitraire d'instructions.
Ce qui reste est « électronique ». Mais même si les entrailles mathématiques d’ABC étaient électroniques, elles fonctionnaient à des vitesses électromécaniques. Comme Atanasov et Berry n'étaient pas en mesure financièrement d'utiliser des tubes à vide pour stocker des milliers de chiffres binaires, ils ont utilisé des composants électromécaniques pour ce faire. Plusieurs centaines de triodes, effectuant des calculs mathématiques de base, étaient entourées de tambours rotatifs et de poinçonneuses vrombissantes, où étaient stockées les valeurs intermédiaires de toutes les étapes de calcul.
Atanasov et Berry ont accompli un travail héroïque en lisant et en écrivant des données sur des cartes perforées à une vitesse fulgurante en les brûlant à l'électricité au lieu de les poinçonner mécaniquement. Mais cela a entraîné ses propres problèmes : c'était l'appareil de gravure qui était responsable d'une erreur pour 1 10000 numéros. De plus, même à son meilleur niveau, la machine ne pouvait pas « pointer » plus vite qu'une ligne par seconde, donc ABC ne pouvait effectuer qu'un seul calcul par seconde avec chacune de ses trente unités arithmétiques. Le reste du temps, les tubes à vide restaient inactifs, « tambourinant avec impatience leurs doigts sur la table » tandis que toute cette machinerie tournait douloureusement lentement autour d’eux. Atanasov et Berry attelèrent le cheval pur-sang à la charrette à foin. (Le responsable du projet de recréation d'ABC dans les années 1990 a estimé la vitesse maximale de la machine, en tenant compte de tout le temps passé, y compris le travail de l'opérateur sur la spécification de la tâche, à cinq additions ou soustractions par seconde. Ceci, bien sûr, est plus rapide qu'un ordinateur humain, mais pas la même vitesse que celle que nous associons aux ordinateurs électroniques.)
Diagramme ABC. Les tambours stockaient les entrées et sorties temporaires sur des condensateurs. Le circuit de perforation de cartes à thyratron et le lecteur de cartes enregistraient et lisaient les résultats d'une étape entière de l'algorithme (éliminant l'une des variables du système d'équations).
Les travaux sur ABC ont été interrompus au milieu de 1942 lorsque Atanasoff et Berry se sont inscrits dans la machine de guerre américaine en pleine croissance, qui nécessitait des cerveaux aussi bien que des corps. Atanasov a été appelé au Naval Ordnance Laboratory à Washington pour diriger une équipe développant des mines acoustiques. Berry a épousé la secrétaire d'Atanasov et a trouvé un emploi dans une entreprise sous contrat militaire en Californie pour éviter d'être enrôlé dans la guerre. Atanasov a tenté pendant un certain temps de breveter sa création dans l'État de l'Iowa, mais en vain. Après la guerre, il passe à autre chose et ne s’intéresse plus sérieusement à l’informatique. L'ordinateur lui-même a été envoyé dans une décharge en 1948 pour faire de la place dans le bureau pour un nouveau diplômé de l'institut.
Peut-être qu'Atanasov a simplement commencé à travailler trop tôt. Il comptait sur de modestes subventions universitaires et ne pouvait dépenser que quelques milliers de dollars pour créer ABC, de sorte que l'économie a pris le pas sur toutes les autres préoccupations de son projet. S'il avait attendu jusqu'au début des années 1940, il aurait peut-être reçu une subvention du gouvernement pour se doter d'un appareil électronique à part entière. Et dans cet état - d'utilisation limitée, difficile à contrôler, peu fiable, pas très rapide - ABC n'était pas une publicité prometteuse pour les avantages de l'informatique électronique. La machine de guerre américaine, malgré toute sa faim informatique, a laissé ABC rouiller dans la ville d’Ames, dans l’Iowa.
Machines informatiques de guerre
La Première Guerre mondiale a créé et lancé un système d’investissement massif dans la science et la technologie et l’a préparé à la Seconde Guerre mondiale. En quelques années seulement, la pratique de la guerre sur terre et sur mer s'est transformée en l'utilisation de gaz toxiques, de mines magnétiques, de reconnaissance aérienne et de bombardements, etc. Aucun dirigeant politique ou militaire ne peut manquer de remarquer des changements aussi rapides. Ils ont été si rapides que les recherches commencées suffisamment tôt pouvaient faire pencher la balance dans un sens ou dans l’autre.
Les États-Unis disposaient de suffisamment de matériel et de cerveaux (dont beaucoup avaient fui l'Allemagne hitlérienne) et étaient à l'écart des batailles immédiates pour la survie et la domination qui affectaient les autres pays. Cela a permis au pays d’apprendre cette leçon de manière particulièrement claire. Cela s’est manifesté par le fait que de vastes ressources industrielles et intellectuelles ont été consacrées à la création de la première arme atomique. Un investissement moins connu, mais tout aussi important ou plus petit, a été celui dans la technologie radar centrée au Rad Lab du MIT.
Ainsi, le domaine naissant de l’informatique automatique a reçu sa part de financement militaire, quoique à une échelle bien moindre. Nous avons déjà noté la variété des projets de calcul électromécanique générés par la guerre. Le potentiel des ordinateurs basés sur des relais était relativement connu puisque les centraux téléphoniques dotés de milliers de relais étaient alors en service depuis de nombreuses années. Les composants électroniques n’ont pas encore prouvé leurs performances à une telle échelle. La plupart des experts pensaient qu’un ordinateur électronique serait inévitablement peu fiable (ABC en était un exemple) ou prendrait trop de temps à construire. Malgré l’afflux soudain de fonds publics, les projets d’informatique électronique militaire étaient rares. Seuls trois d’entre eux ont été lancés, et seulement deux d’entre eux ont abouti à des machines opérationnelles.
En Allemagne, l'ingénieur en télécommunications Helmut Schreyer a prouvé à son ami Konrad Zuse la valeur de la machine électronique par rapport au "V3" électromécanique que Zuse construisait pour l'industrie aéronautique (plus tard connu sous le nom de Z3). Zuse accepta finalement de travailler sur un deuxième projet avec Schreyer, et l'Institut de recherche aéronautique proposa de financer un prototype de 100 tubes à la fin de 1941. Mais les deux hommes se sont d'abord lancés dans des travaux de guerre plus prioritaires, puis leur travail a été sérieusement ralenti par les dégâts des bombardements, les laissant incapables de faire fonctionner leur machine de manière fiable.
Zuse (à droite) et Schreyer (à gauche) travaillent sur un ordinateur électromécanique dans l'appartement berlinois des parents de Zuse
Et le premier ordinateur électronique ayant fait un travail utile a été créé dans un laboratoire secret en Grande-Bretagne, où un ingénieur en télécommunications a proposé une nouvelle approche radicale de la cryptanalyse basée sur les valves. Nous dévoilerons cette histoire la prochaine fois.
Que lire d'autre :
• Alice R. Burks et Arthur W. Burks, Le premier ordinateur électronique : l'histoire d'Atansoff (1988)
• David Ritchie, Les pionniers de l'informatique (1986)
• Jane Smiley, L'homme qui a inventé l'ordinateur (2010)
Source: habr.com