A sorozat további cikkei:
- A váltó története
- Az elektronikus számítógépek története
- A tranzisztor története
- Internet történelem
Ahogy láttuk A rádió- és telefonmérnökök erősebb erősítők után kutatva felfedeztek egy új technológiai területet, amelyet gyorsan elektronikának neveztek el. Az elektronikus erősítő könnyen átalakítható digitális kapcsolóvá, amely sokkal nagyobb sebességgel működik, mint elektromechanikus rokona, a telefonrelé. Mivel nem voltak mechanikus alkatrészek, a vákuumcsövet egy mikroszekundum vagy annál rövidebb idő alatt lehetett be- és kikapcsolni, nem pedig a relé által megkövetelt tíz ezredmásodperc vagy több idő alatt.
1939 és 1945 között három számítógépet hoztak létre ezekkel az új elektronikus alkatrészekkel. Nem véletlen, hogy építésük időpontja egybeesik a második világháború időszakával. Ez a konfliktus – a történelemben páratlan, ahogyan az embereket a háború szekerére igázta – örökre megváltoztatta az államok, valamint a tudomány és a technika viszonyát, és számos új eszközt hozott a világba.
Az első három elektronikus számítógép története összefonódik a háborúval. Az elsőt a német üzenetek megfejtésének szentelték, és egészen az 1970-es évekig a titok leple alatt maradt, amikor már nem volt más, csak történelmi érdeklődés. A második, amelyről a legtöbb olvasónak hallania kellett, az ENIAC, egy katonai számológép, amely túl későn készült el ahhoz, hogy segítsen a háborúban. De itt nézzük a három gép közül a legkorábbit, annak ötletét .
Atanasov
1930-ban Atanasov, egy emigráns amerikai születésű fia , végre elérte ifjúkori álmát, és elméleti fizikus lett. De mint a legtöbb ilyen törekvésnél, a valóság nem az volt, amire számított. A XNUMX. század első felében a legtöbb mérnöki és fizikai tudomány hallgatójához hasonlóan Atanasovnak is el kellett szenvednie az állandó számítások fájdalmas terheit. A Wisconsini Egyetemen a hélium polarizációjáról írt disszertációja nyolc hétig tartó unalmas számításokat igényelt mechanikus asztali számológép segítségével.
John Atanasov fiatalkorában
1935-re, miután már professzori állást kapott az Iowai Egyetemen, Atanasov úgy döntött, hogy tesz valamit ezzel a teherrel. Elkezdett gondolkodni egy új, erősebb számítógép megépítésének lehetséges módjain. Korlátozás és pontatlanság miatt elutasította az analóg módszereket (például az MIT differenciálelemzőt), ezért úgy döntött, hogy olyan digitális gépet épít, amely a számokat nem folyamatos mérésként, hanem diszkrét értékként kezeli. Fiatalkora óta ismerte a kettes számrendszert, és megértette, hogy az sokkal jobban illeszkedik a digitális kapcsoló be-/kikapcsolási struktúrájába, mint a szokásos decimális számok. Ezért úgy döntött, hogy készít egy bináris gépet. És végül úgy döntött, hogy a leggyorsabb és legrugalmasabb legyen, elektronikusnak kell lennie, és vákuumcsöveket kell használni a számításokhoz.
Atanasovnak döntenie kellett a problématerületről is – milyen számításokra legyen alkalmas a számítógépe? Ennek eredményeként úgy döntött, hogy lineáris egyenletrendszerek megoldásával foglalkozik, egyetlen változóra redukálva azokat (a ) – ugyanazok a számítások, amelyek a dolgozatát is uralták. Legfeljebb harminc egyenletet támogat, egyenként legfeljebb harminc változóval. Egy ilyen számítógép képes megoldani a tudósok és mérnökök számára fontos problémákat, ugyanakkor nem tűnik hihetetlenül bonyolultnak.
Műalkotás
Az 1930-as évek közepére az elektronikai technológia rendkívül változatossá vált a 25 évvel korábbi eredetéhez képest. Két fejlesztés különösen jól illeszkedett Atanasov projektjéhez: egy trigger relé és egy elektronikus mérő.
A 1918. század óta a távíró- és telefonmérnökök rendelkezésére áll egy praktikus eszköz, az úgynevezett kapcsoló. A kapcsoló egy bistabil relé, amely állandó mágnesek segítségével tartja abban az állapotban, amelyben hagyta – nyitva vagy zárva – egészen addig, amíg elektromos jelet nem kap az állapotváltáshoz. De a vákuumcsövek erre nem voltak képesek. Nem volt mechanikus alkatrészük, és „nyitva” vagy „zárva” lehettek, miközben áram folyik vagy nem áramlik át az áramkörön. 1-ban két brit fizikus, William Eccles és Frank Jordan összekapcsolt két lámpát vezetékekkel, hogy létrehozzon egy „triggerrelét” – egy elektronikus relét, amely egy kezdeti impulzus hatására folyamatosan bekapcsolva marad. Eccles és Jordan az első világháború végén létrehozta távközlési rendszerét a Brit Admiralitás számára. De az Eccles-Jordán körút, amely később a trigger néven vált ismertté [angol. flip-flop] egy bináris számjegy tárolására szolgáló eszköznek is tekinthető - 0, ha a jelet továbbítják, és XNUMX egyébként. Ily módon n flip-flopon keresztül lehetséges volt n bites bináris számú reprezentáció.
Körülbelül tíz évvel a kioldás után megtörtént a második nagy áttörés az elektronikában, ütközve a számítástechnika világával: az elektronikus mérőórákkal. Ismét, ahogy az a számítástechnika korai történetében gyakran megtörtént, az unalom ismét a találmány anyja lett. A szubatomi részecskék kibocsátását tanulmányozó fizikusoknak vagy kattanásra kellett figyelniük, vagy órákat kellett a fényképfelvételek tanulmányozásával tölteniük, és számolniuk kellett az észlelések számát, hogy megmérjék a különböző anyagokból származó részecskekibocsátás mértékét. A mechanikus vagy elektromechanikus mérőműszerek csábító lehetőséget jelentettek ezeknek a műveleteknek a megkönnyítésére, de túl lassan haladtak: nem tudták regisztrálni azt a sok eseményt, amely ezredmásodperceken belül történt.
A probléma megoldásának kulcsfigurája az volt , aki Ernest Rutherford keze alatt dolgozott a cambridge-i Cavendish Laboratóriumban. Wynne-Williams értett az elektronikához, és már használt csöveket (vagy szelepeket, ahogy Nagy-Britanniában nevezték) olyan erősítők létrehozására, amelyek lehetővé tették, hogy hallják, mi történik a részecskékkel. Az 1930-as évek elején rájött, hogy a szelepek segítségével számlálót lehet létrehozni, amit ő „bináris skálaszámlálónak” – azaz bináris számlálónak – nevezett. Lényegében egy flip-flop-készlet volt, amely kapcsolókat tudott továbbítani a láncon felfelé (a gyakorlatban nem vákuumot, hanem gázt tartalmazó lámpák típusai, amelyek a gáz teljes ionizációja után bekapcsolt helyzetben maradhatnak).
A Wynne-Williams számláló gyorsan az egyik szükséges laboratóriumi eszközzé vált mindenki számára, aki részt vesz a részecskefizikában. A fizikusok nagyon kicsi számlálókat építettek, amelyek gyakran három számjegyet tartalmaznak (vagyis hétig képesek számolni). lassú mechanikus mérőműszerhez, és olyan események rögzítéséhez, amelyek gyorsabban fordulnak elő, mint a lassan mozgó mechanikus alkatrészekkel rendelkező mérőműszer rögzíteni tudna.
De elméletileg az ilyen számlálókat ki lehet terjeszteni tetszőleges méretű vagy pontosságú számokra. Szigorúan véve ezek voltak az első digitális elektronikus számológépek.
Atanasov-Berry számítógép
Atanasov ismerte ezt a történetet, amely meggyőzte őt egy elektronikus számítógép megépítésének lehetőségéről. De közvetlenül nem használt bináris számlálókat vagy flip-flopokat. Eleinte a számlálási rendszer alapjául kissé módosított számlálókat próbált alkalmazni - végül is mi az összeadás, ha nem az ismételt számolás? De valamiért nem tudta elég megbízhatóvá tenni a számláló áramköröket, és saját összeadási és szorzási áramköreit kellett kifejlesztenie. Nem tudott papucsot használni a bináris számok ideiglenes tárolására, mert korlátozott költségvetése volt, és ambiciózus célja volt, hogy egyszerre harminc együtthatót tároljon. Amint hamarosan látni fogjuk, ennek a helyzetnek súlyos következményei voltak.
1939-re Atanasov befejezte számítógépének tervezését. Most valakire volt szüksége a megfelelő tudással, hogy megépítse. Talált egy ilyen személyt egy Clifford Berry nevű Iowa Állami Intézet mérnöki végzettségében. Az év végére Atanasov és Berry megépített egy kis prototípust. A következő évben elkészült a számítógép teljes verziója harminc együtthatóval. Az 1960-as években egy író, aki felásta a történelmüket, Atanasoff-Berry Computernek (ABC) nevezte el, és a név megmaradt. Az összes hiányosságot azonban nem lehetett kiküszöbölni. Konkrétan, az ABC körülbelül egy bináris számjegy hibája volt 10000 XNUMX-hez, ami végzetes lenne minden nagy számításnál.
Clifford Berry és az ABC 1942-ben
Az Atanasovban és az ABC-ben azonban megtalálható minden modern számítógép gyökere és forrása. Nem ő hozta létre (Berry segítségével) az első bináris elektronikus digitális számítógépet? Nem ezek az alapvető jellemzői annak a több milliárd eszköznek, amelyek a világ gazdaságait, társadalmait és kultúráit formálják és vezérlik?
De menjünk vissza. A digitális és bináris melléknevek nem tartoznak az ABC tartományába. Például a Bell Complex Number Computer (CNC), amelyet nagyjából ugyanebben az időben fejlesztettek ki, egy digitális, bináris, elektromechanikus számítógép volt, amely képes volt a komplex síkon számolni. Az ABC és a CNC abban is hasonló volt, hogy korlátozott területen oldották meg a problémákat, és a modern számítógépekkel ellentétben nem tudtak tetszőleges utasítássorozatot elfogadni.
Ami marad, az „elektronikus”. De bár az ABC matematikai belseje elektronikus volt, elektromechanikus sebességgel működött. Mivel Atanasov és Berry anyagilag képtelenek voltak vákuumcsöveket használni több ezer bináris számjegy tárolására, elektromechanikus alkatrészeket használtak ehhez. Az alapvető matematikai számításokat végző több száz triódát forgó dobokkal és zúgó lyukasztógépekkel vették körül, ahol az összes számítási lépés köztes értékeit tárolták.
Atanasov és Berry hősies munkát végzett, és óriási sebességgel olvasott és írt adatokat a lyukkártyákra úgy, hogy mechanikus lyukasztás helyett elektromossággal elégették azokat. Ez azonban saját problémáihoz vezetett: 1 10000 számonként 1990 hibáért az égő berendezés volt a felelős. Ráadásul a gép még a legjobb esetben sem tudott másodpercenként egy sornál gyorsabban "ütni", így az ABC másodpercenként csak egy számítást tudott végrehajtani a harminc számtani egységével. Az idő hátralévő részében a vákuumcsövek tétlenül ültek, türelmetlenül „dobáltak ujjaikkal az asztalon”, miközben mindez a gépezet fájdalmasan lassan forgott körülöttük. Atanasov és Berry felcsatolták a telivér lovat a szénakocsihoz. (Az ABC újraalkotását célzó projekt vezetője a XNUMX-es években a gép maximális sebességét, figyelembe véve az összes ráfordított időt, beleértve a kezelő feladatmeghatározási munkáját is, másodpercenként öt összeadásra vagy kivonásra becsülte. Ez természetesen gyorsabb, mint egy emberi számítógép, de nem ugyanaz a sebesség, amelyet az elektronikus számítógépekhez társítunk.)
ABC diagram. A dobok ideiglenes be- és kimenetet tároltak kondenzátorokon. A thyratron kártya lyukasztó áramköre és a kártyaolvasó az algoritmus egy teljes lépésének eredményét rögzítette és leolvasta (kiiktatta az egyenletrendszerből az egyik változót).
Az ABC-vel kapcsolatos munka 1942 közepén elakadt, amikor Atanasoff és Berry bejelentkezett a gyorsan növekvő amerikai hadigépezetbe, amelyhez agyra és testre is szükség volt. Atanasovot a washingtoni Naval Ordnance Laboratoryba hívták, hogy vezessen egy akusztikus aknákat fejlesztő csapatot. Berry feleségül vette Atanasov titkárát, és egy katonai szerződéses cégnél talált munkát Kaliforniában, nehogy behívják a háborúba. Atanasov egy ideig próbálta szabadalmaztatni alkotását Iowa államban, de sikertelenül. A háború után más dolgokra tért át, és már nem foglalkozott komolyan a számítógépekkel. Magát a számítógépet 1948-ban egy szeméttelepre küldték, hogy az irodában helyet adjon az intézet frissen végzett hallgatójának.
Talán Atanasov egyszerűen túl korán kezdett dolgozni. Szerény egyetemi támogatásokra támaszkodott, és mindössze néhány ezer dollárt tudott elkölteni az ABC megalkotására, így a gazdaságosság minden más szempontot felülírt a projektjében. Ha az 1940-es évek elejéig várt volna, lehet, hogy állami támogatást kapott volna egy teljes értékű elektronikai eszközre. És ebben az állapotban - korlátozottan használható, nehezen irányítható, megbízhatatlan, nem túl gyors - az ABC nem volt ígéretes reklámja az elektronikus számítástechnika előnyeinek. Az amerikai hadigépezet minden számítási éhsége ellenére rozsdásodni hagyta az ABC-t az iowai Ames városában.
Hadi számítástechnikai gépek
Az első világháború megteremtette és elindította a tudományba és a technológiába irányuló hatalmas beruházások rendszerét, és előkészítette a második világháborúra. Alig néhány év alatt a szárazföldi és tengeri hadviselés gyakorlata átváltott mérges gázok, mágneses aknák, légi felderítés és bombázás stb. használatára. Egyetlen politikai vagy katonai vezető sem tudta figyelmen kívül hagyni az ilyen gyors változásokat. Olyan gyorsak voltak, hogy a kellően korán megkezdett kutatások egyik vagy másik irányba billentették a mérleget.
Az Egyesült Államoknak rengeteg anyaga és esze volt (amelyek közül sokan elmenekültek a hitleri Németországból), és elzárkóztak a túlélésért és a dominanciaért folyó, más országokat érintő közvetlen harcoktól. Ez lehetővé tette, hogy az ország különösen világosan megtanulja ezt a leckét. Ez abban nyilvánult meg, hogy hatalmas ipari és szellemi erőforrásokat fordítottak az első atomfegyver megalkotására. Egy kevésbé ismert, de ugyanolyan fontos vagy kisebb beruházás volt a radartechnológiába való beruházás, amelynek központja az MIT Rad Labjában volt.
Tehát az automatikus számítástechnika születőben lévő területe megkapta a katonai finanszírozásból a részét, igaz, jóval kisebb mértékben. Már felhívtuk a figyelmet a háború által generált elektromechanikus számítástechnikai projektekre. A relé alapú számítógépekben rejlő lehetőségek relatíve ismertek voltak, hiszen ekkorra már évek óta működtek a több ezer reléből álló telefonközpontok. Az elektronikus alkatrészek még nem bizonyították teljesítményüket ilyen léptékben. A legtöbb szakértő úgy vélte, hogy egy elektronikus számítógép elkerülhetetlenül megbízhatatlan lesz (például az ABC), vagy túl sokáig tart megépíteni. A hirtelen beáramló állami pénz ellenére a katonai elektronikus számítástechnikai projektek kevés volt. Mindössze hármat indítottak útnak, és ezek közül csak kettő eredményezett működőképes gépeket.
Németországban Helmut Schreyer távközlési mérnök bebizonyította barátjának, Konrad Zuse-nak az elektronikus gép értékét az elektromechanikus „V3”-mal szemben, amelyet Zuse a repülési ipar számára épített (később Z3 néven). Zuse végül beleegyezett, hogy egy második projekten dolgozzon Schreyerrel, és az Aeronautical Research Institute felajánlotta egy 100 csöves prototípus finanszírozását 1941 végén. Ám a két férfi először magasabb prioritású háborús munkát vállalt, majd munkájukat erősen lelassították a bombázási károk, így nem tudták megbízhatóan működésre bírni a gépüket.
Zuse (jobbra) és Schreyer (balra) elektromechanikus számítógépen dolgoznak Zuse szüleinek berlini lakásában
Az első hasznos munkát végző elektronikus számítógépet pedig egy titkos laboratóriumban hozták létre Nagy-Britanniában, ahol egy távközlési mérnök radikálisan új megközelítést javasolt a szelepalapú kriptoanalízishez. Ezt a történetet legközelebb eláruljuk.
Mit kell még olvasni:
• Alice R. Burks és Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, A számítógép úttörői (1986)
• Jane Smiley, Az ember, aki feltalálta a számítógépet (2010)
Forrás: will.com