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Comme nous l'avons vu dans , les ingénieurs en radio et en télécommunications, à la recherche d'amplificateurs plus puissants, ont ouvert un nouveau domaine technologique rapidement qualifié d'électronique. L'amplificateur électronique pouvait être facilement transformé en interrupteur numérique, fonctionnant à une vitesse beaucoup plus grande que son homologue électromécanique — le relais téléphonique. Grâce à l'absence de pièces mécaniques, la lampe électronique pouvait s'allumer et s'éteindre en une microseconde ou même plus rapidement, contrairement à des dizaines de millisecondes ou plus requises par le relais.
De 1939 à 1945, trois ordinateurs ont été construits à partir de ces nouveaux composants électroniques. Les dates de leur construction coïncident de manière significative avec la période de la Seconde Guerre mondiale. Ce conflit, sans précédent dans l'histoire par son assujettissement des personnes aux chars de guerre, a profondément modifié les relations entre les États ainsi qu'entre la science et la technologie, tout en apportant un grand nombre de nouveaux dispositifs dans le monde.
Les histoires des trois premiers ordinateurs électroniques sont entremêlées avec la guerre. Le premier était dédié à la décryption des messages allemands et est resté secret jusqu'aux années 1970, quand il n'avait plus d'intérêt que historique. Le second, dont la plupart des lecteurs ont probablement entendu parler, était l'ENIAC, un calculateur militaire qui a été achevé trop tard pour jouer un rôle dans la guerre. Mais ici, nous allons examiner la plus ancienne de ces trois machines, le chef-d'œuvre .
Atanasoff
En 1930, Atanasoff, né aux États-Unis d'un émigrant de , a enfin réalisé son rêve de jeunesse et est devenu physicien théorique. Mais, comme pour la plupart de ces aspirations, la réalité ne correspondait pas à ce qu'il avait espéré. En particulier, comme la plupart des étudiants en ingénierie et en sciences physiques du début du XXe siècle, Atanasoff devait souffrir des rigueurs des calculs constants. Sa thèse à l'université du Wisconsin sur la polarisation de l'hélium nécessitait huit semaines de calculs fastidieux avec une calculatrice de bureau mécanique.
John Atanasoff dans sa jeunesse
En 1935, alors qu'il était déjà professeur à l'Université de l'Iowa, Atanasoff décida de faire quelque chose à propos de ce fardeau. Il commença à envisager les moyens de construire une nouvelle machine de calcul, plus puissante. Écartant les méthodes analogiques (comme l’analyseur différentiel du MIT) en raison de leurs limitations et imprécisions, il choisit de concevoir une machine numérique, traitant les nombres comme des valeurs discrètes plutôt que comme des mesures continues. Depuis sa jeunesse, il était familiarisé avec le système binaire et comprenait qu'il s'adaptait beaucoup mieux à la structure des commutateurs numériques on/off que les chiffres décimaux habituels. Ainsi, il prit la décision de créer une machine binaire. Enfin, il conclut que pour qu'elle soit la plus rapide et flexible possible, elle devait être électronique, utilisant des lampes électroniques pour les calculs.
Atanasoff devait aussi se déterminer concernant l'espace de problèmes — pour quels types de calculs son ordinateur devait-il être conçu ? Finalement, il décida qu'il se consacrerait à la résolution de systèmes d'équations linéaires, les réduisant à une seule variable (avec l'aide de ) — le même type de calculs qui dominaient sa thèse. Il allait prendre en charge jusqu'à trente équations, avec jusqu'à trente variables chacune. Un tel ordinateur pourrait résoudre des problèmes importants pour les chercheurs et les ingénieurs, tout en semblant ne pas être excessivement complexe.
Une œuvre d'art
Au milieu des années 1930, la technologie électronique avait atteint une diversité extraordinaire par rapport aux débuts établis 25 ans auparavant. Deux développements convenaient particulièrement bien au projet d'Atanasoff : le relais à cellules et le compteur électronique.
Depuis le XIXe siècle, les ingénieurs du télégraphe et du téléphone disposaient d'un appareil pratique appelé commutateur. Le commutateur est un relais bistable, utilisant des aimants permanents pour maintenir son état, ouvert ou fermé, jusqu'à ce qu'il reçoive un signal électrique pour changer d'état. Cependant, les lampes électroniques n'étaient pas capables de cela. Elles n'avaient pas de composant mécanique et pouvaient être « ouvertes » ou « fermées » tant que le courant électrique circulait ou non dans le circuit. En 1918, deux physiciens britanniques, William Eccles et Frank Jordan, ont relié deux lampes de sorte à créer un « relais déclencheur » — un relais électronique qui reste constamment en marche après avoir été activé par une impulsion initiale. Eccles et Jordan ont développé leur système pour des besoins de télécommunication pour l'Amirauté britannique à la fin de la Première Guerre mondiale. Cependant, le circuit d'Eccles-Jordan, plus tard connu sous le nom de déclencheur [anglais: flip-flop], pouvait également être considéré comme un dispositif de stockage d'un chiffre binaire — 1, si un signal était transmis, et 0 dans le cas contraire. De cette manière, à travers n déclencheurs, il était possible de représenter un nombre binaire de n bits.
Environ dix ans après le déclencheur, une seconde percée majeure dans l'électronique a eu lieu, touchant le monde de l'informatique : les compteurs électroniques. Et encore une fois, comme cela s'est souvent produit dans l'histoire précoce de l'informatique, l'ennui a été la mère de l'invention. Les physiciens étudiant l'émission de particules subatomiques devaient soit écouter des clics, soit passer des heures à analyser des enregistrements photographiques, comptant le nombre de détections pour mesurer la vitesse d'émission des particules à travers diverses substances. Les compteurs mécaniques ou électromécaniques représentaient une opportunité séduisante pour faciliter ces tâches, mais ils étaient trop lents : ils ne pouvaient pas enregistrer de nombreux événements se produisant avec une différence de millisecondes.
Une figure clé dans la résolution de ce problème était , ayant travaillé sous la direction d'Ernest Rutherford au Laboratoire Cavendish de Cambridge. Wynn-Williams manipulait habilement l'électronique et avait déjà utilisé des lampes (ou tubes, comme on les appelait en Grande-Bretagne) pour créer des amplificateurs capables de rendre audibles les événements se produisant avec les particules. Au début des années 1930, il a compris que les tubes pouvaient être utilisés pour créer un compteur qu'il a appelé le « compteur à échelle binaire » — c'est-à-dire, un compteur binaire. En gros, c'était un ensemble de bascules qui pouvaient transmettre des commutations en chaîne (dans la pratique, il utilisait , des types de lampes contenant non pas du vide, mais un gaz, qui pouvaient rester dans un état allumé après une ionisation complète du gaz).
Le compteur de Wynn-Williams est rapidement devenu un des appareils de laboratoire indispensables pour tous ceux travaillant en physique des particules. Les physiciens construisaient des compteurs très petits, souvent contenant 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 que ce que le compteur à parties mécaniques lentes pouvait enregistrer.
Mais en théorie, de tels compteurs pouvaient être étendus à des nombres de taille ou de précision arbitraires. Ce furent, à proprement parler, les premières machines de comptage électroniques numériques.
L'ordinateur d'Atanasoff-Berry
Atanasoff était au courant de cette histoire, ce 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, pour la base de son système de comptage, il a essayé d'utiliser des compteurs légèrement modifiés — après tout, qu'est-ce que l'addition, sinon un comptage répétitif ? Mais pour une raison quelconque, il n'a pas réussi à rendre les circuits de comptage suffisamment fiables, et il a dû développer ses propres schémas d'addition et de multiplication. Il ne pouvait pas utiliser de bascules pour le stockage temporaire de nombres binaires, car il avait un budget limité, et un objectif ambitieux d'un stockage simultané de trente coefficients. Comme nous le verrons bientôt, cette situation a eu de graves conséquences.
En 1939, Atanasoff a terminé de concevoir son ordinateur. Il avait maintenant besoin d'une personne ayant les compétences appropriées pour le construire. Il a trouvé cette personne en la personne de Clifford Berry, un diplômé du département d'ingénierie de l'Institut de l'État de l'Iowa. À la fin de l'année, Atanasoff et Berry avaient construit un petit prototype. L'année suivante, ils ont terminé la version complète de l'ordinateur à trente coefficients. Dans les années 1960, un écrivain qui a découvert leur histoire l'a nommé l'ordinateur Atanasoff-Berry (Atanasoff-Berry Computer, ABC), et le nom a persisté. Cependant, tous les défauts n'ont pas pu être éliminés. En particulier, l'ABC avait une erreur d'environ un chiffre binaire pour 10 000, ce qui serait fatal pour tout calcul important.
Clifford Berry et ABC en 1942
Néanmoins, on peut trouver dans Atanasoff et son ABC les racines et la source de tous les ordinateurs modernes. N'a-t-il pas (avec l'aide habile de Berry) créé le premier ordinateur numérique électronique binaire ? Ne s'agit-il pas des caractéristiques essentielles de milliards d'appareils qui forment et contrôlent l'économie, la société et la culture à travers le monde ?
Mais revenons en arrière. Les adjectifs numérique et binaire ne sont pas la prérogative de l'ABC. Par exemple, l'ordinateur à nombres complexes de Bell (Bell Complex Number Computer, CNC), développé à peu près à la même époque, était un ordinateur numérique, binaire et électromécanique capable de calculs dans le plan complexe. De plus, ABC et CNC étaient similaires en ce sens qu'ils résolvaient des problèmes dans un domaine limité et ne pouvaient pas, contrairement aux ordinateurs modernes, accepter une séquence d'instructions arbitraire.
Il reste « électronique ». Mais, bien que les entrailles mathématiques de l'ABC soient électroniques, il fonctionnait à des vitesses électromécaniques. Étant donné qu'Atanasoff et Berry n'étaient pas en mesure, pour des raisons financières, d'utiliser des tubes électroniques pour stocker des milliers de chiffres binaires, ils ont utilisé des composants électromécaniques. Plusieurs centaines de triodes effectuant des calculs mathématiques de base étaient entourées de tambours tournants et de perforeuses bourdonnantes, où les valeurs intermédiaires de toutes les étapes de calcul étaient stockées.
Atanasov et Berry ont réalisé un travail héroïque en lisant et en enregistrant des données sur des cartes perforées à une vitesse incroyable, en les brûlant avec de l'électricité plutôt qu'en faisant des trous mécaniquement. Mais cela a entraîné ses propres problèmes : l'appareil de brûlage était responsable d'une erreur pour 10 000 chiffres. De plus, même avec tous leurs efforts, la machine ne pouvait pas « percer » plus d'une ligne par seconde, de sorte que l'ABC ne pouvait effectuer qu'un seul calcul par seconde avec chacune de ses trente unités arithmétiques. Pendant le reste du temps, les tubes électroniques étaient inactifs, attendant impatientiellement « en tapotant des doigts sur la table », pendant que toute cette machinerie tournait lentement autour d'eux. Atanasov et Berry ont attelé un pur-sang à la charrette de foin. (Le chef du projet de reconstruction de l'ABC dans les années 1990 estimait la vitesse maximale de la machine, en tenant compte de tout le temps perdu, y compris le travail de l'opérateur pour donner la tâche, à cinq additions ou soustractions par seconde. Cela, bien sûr, est plus rapide qu'un calculateur humain, mais ce n'est pas la vitesse que nous associons aux ordinateurs électroniques.)
Schéma de l'ABC. Les tambours stockaient les entrées et sorties temporaires sur des condensateurs. Le circuit à thyratron pour perforer les cartes et le lecteur de cartes enregistraient et lisaient les résultats d'une étape entière de l'algorithme (éliminant une des variables du système d'équations).
Les travaux sur l'ABC ont été interrompus au milieu de 1942, lorsque Atanasov et Berry se sont enrôlés dans la machine militaire américaine en pleine expansion, qui avait besoin non seulement de bras, mais aussi de cerveaux. Atanasov a été appelé à rejoindre le laboratoire d'artillerie navale 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 contractant pour l'armée en Californie, afin de ne pas être appelé à la guerre. Atanasov a tenté pendant un certain temps de breveter sa création dans l'État de l'Iowa, mais sans succès. Après la guerre, il s'est tourné vers d'autres projets et n'a plus jamais sérieusement travaillé sur les ordinateurs. L'ordinateur lui-même a été envoyé à la décharge en 1948 pour libérer de l'espace dans le bureau pour un nouvel diplômé de l'institut.
Peut-être qu'Atanasov a commencé à travailler trop tôt. Il s'appuyait sur de modestes subventions universitaires et a pu dépenser seulement quelques milliers de dollars pour créer l'ABC, ce qui a donc fait que l'économie a pris le pas sur tous les autres problèmes de son projet. S'il avait attendu le début des années 1940, il aurait pu obtenir une subvention gouvernementale pour un appareil électronique complet. Et dans cet état — avec une application limitée, une gestion complexe, peu fiable et pas très rapide — l'ABC n'était pas une publicité prometteuse pour l'utilité des calculs électroniques. La machine militaire américaine, malgré toute sa soif de calculs, laissa l'ABC rouiller dans la ville d'Ames, dans l'Iowa.
Les machines de calcul de la guerre
La Première Guerre mondiale a créé et lancé un système d'investissement massif dans la science et la technologie, et l'a préparé pour la Seconde Guerre mondiale. En quelques années seulement, la pratique de la guerre sur terre et en mer est passée à l'utilisation de gaz toxiques, de mines magnétiques, de reconnaissance aérienne et de bombardements, etc. Aucun leader politique ou militaire ne pouvait ignorer de telles transformations rapides. Elles étaient si rapides que des recherches commencées suffisamment tôt pouvaient faire pencher la balance d'un côté ou de l'autre.
Les États-Unis disposaient de suffisamment de matériaux et d'esprits (dont beaucoup fuyaient l'Allemagne hitlérienne), et ils se trouvaient à l'écart des combats immédiats pour la survie et la domination, qui frappaient d'autres pays. Cela a permis au pays d'apprendre cette leçon de manière particulièrement claire. Cela s'est traduit par le fait que d'importantes ressources industrielles et intellectuelles ont été consacrées à la création de la première arme atomique. Un investissement moins connu, mais tout aussi important et sans en diminuer le volume, a été l'engagement dans le développement de la technologie radar, dont le centre se trouvait au MIT dans le Rad Lab.
Ainsi, le domaine naissant de l'informatique a reçu sa part de financement militaire, bien que dans des proportions beaucoup plus petites. Nous avons déjà évoqué la diversité des projets électromécaniques d'informatique engendrés par la guerre. Le potentiel des ordinateurs à relais était, relativement parlant, connu, car les centrales téléphoniques avec des milliers de relais fonctionnaient déjà depuis de nombreuses années. Les composants électroniques n'avaient pas encore prouvé leur efficacité à cette échelle. La plupart des experts pensaient que l'ordinateur électronique serait inévitablement peu fiable (l'ABC en était un exemple) ou que sa construction prendrait trop de temps. Malgré un afflux soudain d'argent public, il y avait peu de projets militaires en électronique, et ils étaient rares. Seulement trois ont été lancés, et seulement deux d'entre eux ont abouti à des machines fonctionnelles.
En Allemagne, l'ingénieur en télécommunications Helmut Schreyer a prouvé à son ami Konrad Zuse la valeur de la machine électronique par rapport à l'électromécanique « V3 », que Zuse construisait pour l'industrie aéronautique (il sera ensuite connu sous le nom de Z3). Zuse a finalement accepté de travailler sur un deuxième projet avec Schreyer, et l'Institut de recherche aéronautique a proposé de financer un prototype de 100 lampes à la fin de 1941. Mais les deux hommes se sont d'abord engagés dans un travail militaire plus prioritaire, puis leur avancement a été considérablement ralenti par des dommages causés par les bombardements, ce qui les a empêchés 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
Le premier ordinateur électronique effectuant 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 des vannes. Nous dévoilerons cette histoire la prochaine fois.
À lire également :
• Alice R. Burks et Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atanasoff Story (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, The Man Who Invented the Computer (2010)
Source : habr.com
