Ostali članci u seriji:
- Povijest releja
- Povijest elektroničkih računala
- Povijest tranzistora
- povijest interneta
Kao što smo vidjeli u , radijski i telefonski inženjeri u potrazi za snažnijim pojačalima otkrili su novo tehnološko područje koje je brzo prozvano elektronikom. Elektroničko pojačalo moglo se lako pretvoriti u digitalni prekidač, koji radi mnogo većim brzinama od svog elektromehaničkog rođaka, telefonskog releja. Budući da nije bilo mehaničkih dijelova, vakuumska se cijev mogla uključiti i isključiti u mikrosekundi ili manje, umjesto deset milisekundi ili više koliko zahtijeva relej.
Od 1939. do 1945. tri su računala stvorena korištenjem ovih novih elektroničkih komponenti. Nije slučajno da se datumi njihove izgradnje podudaraju s razdobljem Drugog svjetskog rata. Ovaj sukob - bez premca u povijesti po načinu na koji je ljude utjerao u ratna kola - zauvijek je promijenio odnos između država i između znanosti i tehnologije, a također je svijetu donio velik broj novih uređaja.
Priče o tri prva elektronička računala isprepletene su ratom. Prvi je bio posvećen dešifriranju njemačkih poruka i ostao je pod okriljem tajnosti sve do 1970-ih, kada više nije bio od nikakvog interesa osim povijesnog. Drugi za koji je većina čitatelja trebala čuti je ENIAC, vojni kalkulator koji je dovršen prekasno da bi pomogao u ratu. Ali ovdje gledamo na najraniji od ova tri stroja, zamisao od .
Atanasov
Godine 1930. Atanasov, rođen u Americi, sin emigranta iz , konačno je ostvario svoj mladenački san i postao teorijski fizičar. Ali, kao i kod većine takvih težnji, stvarnost nije bila onakva kakvu je očekivao. Konkretno, poput većine studenata inženjerstva i fizike u prvoj polovici XNUMX. stoljeća, Atanasov je morao trpjeti bolne terete stalnih izračuna. Njegova disertacija na Sveučilištu Wisconsin o polarizaciji helija zahtijevala je osam tjedana zamornih izračuna pomoću mehaničkog stolnog kalkulatora.
John Atanasov u mladosti
Do 1935. godine, nakon što je već prihvatio mjesto profesora na Sveučilištu u Iowi, Atanasov je odlučio učiniti nešto u vezi s tim teretom. Počeo je razmišljati o mogućim načinima za izgradnju novog, snažnijeg računala. Odbacivši analogne metode (kao što je MIT diferencijalni analizator) zbog ograničenja i nepreciznosti, odlučio je izgraditi digitalni stroj koji se bavi brojevima kao diskretnim vrijednostima, a ne kao kontinuiranim mjerenjima. Od mladosti je bio upoznat s binarnim brojevnim sustavom i shvatio je da se mnogo bolje uklapa u on/off strukturu digitalnog prekidača od uobičajenih decimalnih brojeva. Stoga je odlučio napraviti binarni stroj. I na kraju je odlučio da, kako bi bio najbrži i najfleksibilniji, treba biti elektronički, a za proračune koristiti vakuumske cijevi.
Atanasov je također trebao odlučiti o problemskom prostoru - za kakve proračune bi njegovo računalo trebalo biti prikladno? Kao rezultat toga, odlučio je da će se baviti rješavanjem sustava linearnih jednadžbi, svodeći ih na jednu varijablu (koristeći ) — isti izračuni koji su dominirali njegovom disertacijom. Podržat će do trideset jednadžbi, s do trideset varijabli svaka. Takvo bi računalo moglo rješavati probleme koji su važni znanstvenicima i inženjerima, a pritom se ne bi činilo nevjerojatno složenim.
Umjetničko djelo
Do sredine 1930-ih elektronička tehnologija postala je iznimno raznolika u odnosu na svoje početke prije 25 godina. Dva su razvoja bila posebno pogodna za Atanasovljev projekt: okidački relej i elektronički mjerač.
Od 1918. stoljeća inženjeri telegrafa i telefona imali su na raspolaganju zgodnu napravu zvanu switch. Prekidač je bistabilni relej koji koristi trajne magnete da ga drži u stanju u kojem ste ga ostavili - otvorenom ili zatvorenom - dok ne primi električni signal za prebacivanje stanja. Ali vakuumske cijevi nisu bile sposobne za to. Nisu imali mehaničku komponentu i mogli su biti "otvoreni" ili "zatvoreni" dok struja teče ili ne teče kroz krug. Godine 1. dva britanska fizičara, William Eccles i Frank Jordan, spojili su dvije svjetiljke žicama kako bi stvorili "okidački relej" - elektronički relej koji ostaje stalno uključen nakon što ga uključi početni impuls. Eccles i Jordan izradili su svoj sustav za potrebe telekomunikacija za Britanski admiralitet na kraju Prvog svjetskog rata. Ali Eccles-Jordanov krug, koji je kasnije postao poznat kao okidač [engleski. flip-flop] također se može smatrati uređajem za pohranjivanje binarne znamenke - 0 ako se signal prenosi, a XNUMX u suprotnom. Na taj način je preko n bistabila bilo moguće prikazati binarni broj od n bita.
Otprilike deset godina nakon okidača, dogodio se drugi veliki proboj u elektronici, u sudaru sa svijetom računarstva: elektronički mjerači. Još jednom, kao što se često događalo u ranoj povijesti računalstva, dosada je postala majka izuma. Fizičari koji su proučavali emisiju subatomskih čestica morali su ili osluškivati klikove ili provoditi sate proučavajući fotografske zapise, brojeći broj detekcija kako bi izmjerili brzinu emisije čestica iz različitih tvari. Mehanički ili elektromehanički mjerači bili su primamljiva opcija za olakšavanje ovih radnji, ali su se kretali presporo: nisu mogli registrirati mnoge događaje koji su se dogodili unutar milisekundi jedan od drugog.
Ključna osoba u rješavanju ovog problema bila je , koji je radio pod vodstvom Ernesta Rutherforda u Laboratoriju Cavendish u Cambridgeu. Wynne-Williams je imao smisla za elektroniku i već je koristio cijevi (ili ventile, kako su ih zvali u Britaniji) za stvaranje pojačala koja su omogućavala čuti što se događa s česticama. Početkom 1930-ih shvatio je da se ventili mogu koristiti za stvaranje brojača, koji je nazvao "binarni brojač" - to jest, binarni brojač. U biti, to je bio skup jastučića koji su mogli prenositi sklopke uz lanac (u praksi se koristio , vrste žarulja koje ne sadrže vakuum, već plin, koji bi mogao ostati upaljen nakon potpune ionizacije plina).
Wynne-Williamsov brojač brzo je postao jedan od potrebnih laboratorijskih uređaja za svakoga tko se bavi fizikom čestica. Fizičari su izgradili vrlo male brojače, koji su često sadržavali tri znamenke (to jest, mogli su brojati do sedam). za spori mehanički mjerač i za bilježenje događaja koji se odvijaju brže nego što bi mjerač sa sporim mehaničkim dijelovima mogao zabilježiti.
Ali u teoriji, takvi se brojači mogu proširiti na brojeve proizvoljne veličine ili preciznosti. To su bili, strogo govoreći, prvi digitalni elektronički računski strojevi.
Atanasov-Berryjevo računalo
Atanasov je bio upoznat s ovom pričom, koja ga je uvjerila u mogućnost izgradnje elektroničkog računala. Ali on nije izravno koristio binarne brojače ili flip-flopove. Isprva je za osnovu sustava brojanja pokušao koristiti malo modificirane brojalice - uostalom, što je zbrajanje ako ne opetovano brojanje? Ali iz nekog razloga nije mogao napraviti krugove za brojanje dovoljno pouzdanima, pa je morao razviti vlastite sklopove za zbrajanje i množenje. Nije mogao koristiti japanke za privremeno pohranjivanje binarnih brojeva jer je imao ograničen proračun i ambiciozan cilj pohranjivanja trideset koeficijenata odjednom. Kako ćemo uskoro vidjeti, ova situacija je imala ozbiljne posljedice.
Do 1939. Atanasov je završio s projektiranjem svog računala. Sada mu je trebao netko s pravim znanjem da ga izgradi. Pronašao je takvu osobu u diplomiranom inženjeru Državnog instituta Iowe po imenu Clifford Berry. Do kraja godine Atanasov i Berry napravili su mali prototip. Sljedeće godine dovršili su punu verziju računala s trideset koeficijenata. U 1960-ima, pisac koji je iskopao njihovu povijest nazvao ga je Atanasoff-Berry Computer (ABC) i ime se zadržalo. Međutim, svi nedostaci se nisu mogli ukloniti. Konkretno, ABC je imao pogrešku od oko jedne binarne znamenke od 10000 XNUMX, što bi bilo kobno za bilo koji veliki izračun.
Clifford Berry i ABC 1942
No, u Atanasovu i njegovoj Abecedi nalaze se korijeni i izvorište svih modernih računala. Nije li on stvorio (uz sposobnu pomoć Berryja) prvo binarno elektronsko digitalno računalo? Nisu li to temeljne karakteristike milijardi uređaja koji oblikuju i pokreću gospodarstva, društva i kulture diljem svijeta?
No, vratimo se. Pridjevi digitalni i binarni nisu domena ABC-a. Na primjer, Bell Complex Number Computer (CNC), razvijen otprilike u isto vrijeme, bilo je digitalno, binarno, elektromehaničko računalo sposobno za računanje na kompleksnoj ravnini. Također, ABC i CNC bili su slični po tome što su rješavali probleme u ograničenom području, te nisu mogli, za razliku od modernih računala, prihvatiti proizvoljan slijed instrukcija.
Ono što ostaje je "elektronički". Ali iako je ABC-jeva matematička utroba bila elektronička, radila je elektromehaničkim brzinama. Budući da Atanasov i Berry financijski nisu mogli koristiti vakuumske cijevi za pohranjivanje tisuća binarnih znamenki, za to su upotrijebili elektromehaničke komponente. Nekoliko stotina trioda, koje su izvodile osnovne matematičke izračune, bilo je okruženo rotirajućim bubnjevima i strojevima za bušenje, gdje su bile pohranjene međuvrijednosti svih koraka računanja.
Atanasov i Berry obavili su herojski posao čitanja i zapisivanja podataka na bušene kartice ogromnom brzinom spaljujući ih strujom umjesto mehaničkog bušenja. Ali to je dovelo do vlastitih problema: uređaj za spaljivanje bio je odgovoran za 1 pogrešku na 10000 1990 brojeva. Štoviše, čak ni u najboljem slučaju, stroj nije mogao "bušiti" brže od jednog retka u sekundi, tako da je ABC mogao izvršiti samo jedan izračun u sekundi sa svakom od svojih trideset aritmetičkih jedinica. Ostatak vremena, vakuumske cijevi su mirovale, nestrpljivo "bubnjajući prstima po stolu", dok se sva ta mašinerija bolno sporo vrtjela oko njih. Atanasov i Berry upregli su čistokrvnog konja u kola sa sijenom. (Voditelj projekta ponovnog stvaranja ABC-a XNUMX-ih procijenio je maksimalnu brzinu stroja, uzimajući u obzir sve utrošeno vrijeme, uključujući rad operatera na specificiranju zadatka, na pet zbrajanja ili oduzimanja u sekundi. To je, naravno, brži je od ljudskog računala, ali nije iste brzine koju povezujemo s elektroničkim računalima.)
ABC dijagram. Bubnjevi su pohranili privremeni ulaz i izlaz na kondenzatorima. Krug za bušenje kartice thyratron i čitač kartica zabilježili su i očitali rezultate cijelog koraka algoritma (eliminirajući jednu od varijabli iz sustava jednadžbi).
Rad na ABC-u zastao je sredinom 1942. kada su se Atanasoff i Berry prijavili za brzo rastući američki ratni stroj, koji je zahtijevao i mozak, ali i tijela. Atanasov je pozvan u Naval Ordnance Laboratory u Washingtonu da vodi tim koji razvija akustične mine. Berry se oženio Atanasovljevom tajnicom i našao posao u vojnoj ugovornoj tvrtki u Kaliforniji kako bi izbjegao unovačenje u rat. Atanasov je neko vrijeme pokušavao patentirati svoju kreaciju u državi Iowa, ali bezuspješno. Nakon rata prešao je na druge stvari i više se nije ozbiljnije bavio računalima. Samo računalo poslano je na odlagalište 1948. kako bi se napravilo mjesta u uredu za novog diplomanta instituta.
Možda je Atanasov jednostavno prerano počeo raditi. Oslanjao se na skromne sveučilišne stipendije i mogao je potrošiti samo nekoliko tisuća dolara za stvaranje ABC-a, tako da je ekonomija nadmašila sve ostale brige u njegovom projektu. Da je čekao do ranih 1940-ih, možda bi dobio državnu potporu za pravi elektronički uređaj. A u ovakvom stanju - ograničene upotrebe, teškog za kontrolu, nepouzdanog, ne baš brzog - ABC nije bio obećavajuća reklama za prednosti elektroničkog računalstva. Američki ratni stroj, unatoč svoj svojoj gladi za računalstvom, ostavio je ABC da hrđa u gradu Amesu, Iowa.
Računalni strojevi rata
Prvi svjetski rat stvorio je i pokrenuo sustav masovnog ulaganja u znanost i tehnologiju, te ga pripremio za Drugi svjetski rat. U samo nekoliko godina praksa ratovanja na kopnu i moru prešla je na upotrebu bojnih otrova, magnetskih mina, zračno izviđanje i bombardiranje itd. Nijedan politički ili vojni vođa nije mogao ne primijetiti tako brze promjene. Bili su toliko brzi da su istraživanja započeta dovoljno rano mogla prevagnuti vagu na jednu ili drugu stranu.
Sjedinjene Države imale su obilje materijala i mozga (od kojih su mnogi pobjegli iz Hitlerove Njemačke) i bile su podalje od neposrednih bitaka za opstanak i prevlast koje su utjecale na druge zemlje. To je omogućilo zemlji da nauči ovu lekciju posebno jasno. To se očitovalo u činjenici da su ogromni industrijski i intelektualni resursi uloženi u stvaranje prvog atomskog oružja. Manje poznata, ali jednako važna ili manja investicija bila je investicija u radarsku tehnologiju usredotočenu na MIT-ov Rad Lab.
Tako je polje automatskog računalstva u povoju dobilo svoj dio vojnog financiranja, iako u mnogo manjem opsegu. Već smo spomenuli raznolikost elektromehaničkih računalnih projekata koje je proizveo rat. Potencijal relejnih računala bio je, relativno govoreći, poznat, budući da su telefonske centrale s tisućama releja do tada bile u funkciji dugi niz godina. Elektroničke komponente još nisu dokazale svoje performanse u takvoj mjeri. Većina stručnjaka vjerovala je da bi elektroničko računalo neizbježno bilo nepouzdano (ABC je bio primjer) ili da bi za njegovu izradu trebalo predugo. Unatoč iznenadnom priljevu državnog novca, vojni elektronički računalni projekti bili su rijetki. Samo su tri lansirana, a samo su dva rezultirala operativnim strojevima.
U Njemačkoj je inženjer telekomunikacija Helmut Schreyer dokazao svom prijatelju Konradu Zuseu vrijednost elektroničkog stroja u odnosu na elektromehanički "V3" koji je Zuse gradio za aeronautičku industriju (kasnije poznat kao Z3). Zuse je na kraju pristao raditi na drugom projektu sa Schreyerom, a Aeronautical Research Institute ponudio je financiranje prototipa od 100 cijevi krajem 1941. godine. Ali dvojica muškaraca prvo su se prihvatila ratnog posla višeg prioriteta, a zatim je njihov posao bio ozbiljno usporen oštećenjima od bombardiranja, zbog čega nisu mogli natjerati svoj stroj da pouzdano radi.
Zuse (desno) i Schreyer (lijevo) rade na elektromehaničkom računalu u berlinskom stanu Zuseovih roditelja
A prvo elektroničko računalo koje je obavljalo koristan posao stvoreno je u tajnom laboratoriju u Britaniji, gdje je inženjer telekomunikacija predložio radikalno novi pristup kriptoanalizi koja se temelji na ventilima. Ovu priču otkrit ćemo sljedeći put.
Što još čitati:
• Alice R. Burks i Arthur W. Burks, Prvo elektroničko računalo: Atansoffova priča (1988.)
• David Ritchie, Kompjuterski pioniri (1986.)
• Jane Smiley, Čovjek koji je izumio računalo (2010.)
Izvor: www.habr.com