היסטוריה של מחשבים אלקטרוניים, חלק 1: פרולוג

מאמרים נוספים בסדרה:

• היסטוריה של הממסר
  • שיטה של ​​"העברת מידע מהירה", או לידתו של ממסר
  • סופר ארוך טווח
  • גלווניזם
  • יזמים
  • והנה, סוף סוף, הממסר
  • טלגרף מדבר
  • פשוט תתחבר
  • הדור הנשכח של מחשבי ממסר
  • עידן אלקטרוני
• היסטוריה של מחשבים אלקטרוניים
  • פרולוג
  • עֲנָק
  • ENIAC
  • מהפכה אלקטרונית
• היסטוריה של הטרנזיסטור
  • מגשש את דרכך בחושך
  • מכור המלחמה
  • המצאה מחדש מרובה
• היסטוריית אינטרנט
  • רשת עמוד השדרה
  • דעיכה, חלק 1
  • דעיכה, חלק 2
  • פתיחת אינטראקטיביות
  • הרחבת האינטראקטיביות
  • ARPANET - הלידה
  • ARPANET - חבילה
  • ARPANET - רשת משנה
  • מחשב כמכשיר תקשורת
  • היסטוריה של האינטרנט: עבודה באינטרנט

כפי שראינו ב המאמר האחרון, מהנדסי רדיו וטלפון בחיפוש אחר מגברים חזקים יותר גילו תחום טכנולוגי חדש שזכה לכינוי אלקטרוניקה במהירות. ניתן היה להמיר את המגבר האלקטרוני בקלות למתג דיגיטלי, הפועל במהירויות גבוהות בהרבה מאשר בן דודו האלקטרומכני, ממסר הטלפון. מכיוון שלא היו חלקים מכניים, ניתן היה להפעיל ולכבות צינור ואקום תוך מיקרו-שנייה או פחות, במקום עשר מילישניות או יותר הנדרשות על ידי ממסר.

מ-1939 עד 1945, שלושה מחשבים נוצרו באמצעות רכיבים אלקטרוניים חדשים אלה. לא במקרה מועדי בנייתם ​​עולים בקנה אחד עם תקופת מלחמת העולם השנייה. הסכסוך הזה - שאין שני לו בהיסטוריה באופן שבו הוא שלח אנשים למרכבת המלחמה - שינה לעד את היחסים בין מדינות ובין מדע וטכנולוגיה, וגם הביא מספר רב של מכשירים חדשים לעולם.

סיפוריהם של שלושת המחשבים האלקטרוניים הראשונים שזורים במלחמה. הראשון הוקדש לפענוח מסרים גרמניים, ונשאר בחסות הסודיות עד שנות ה-1970, אז כבר לא היה לו עניין מלבד היסטורי. השני שרוב הקוראים היו צריכים לשמוע עליו היה ENIAC, מחשבון צבאי שהושלם מאוחר מדי כדי לעזור במלחמה. אבל כאן אנו מסתכלים על המכונות המוקדמות ביותר מבין שלושת המכונות הללו, פרי המוח של ג'ון וינסנט אטנאסוף.

אטנאסוב

בשנת 1930, Atanasov, יליד אמריקאי בנו של מהגר מ בולגריה העות'מאנית, סוף סוף השיג את חלום נעוריו והפך לפיזיקאי תיאורטי. אבל, כמו ברוב השאיפות הללו, המציאות לא הייתה מה שהוא ציפה. בפרט, כמו רוב הסטודנטים להנדסה ומדעי הפיזיקה במחצית הראשונה של המאה ה-XNUMX, אטנאסוב נאלץ לסבול את העומסים הכואבים של חישובים מתמידים. עבודת הגמר שלו באוניברסיטת ויסקונסין על הקיטוב של הליום דרשה שמונה שבועות של חישובים מייגעים באמצעות מחשבון שולחני מכני.

ג'ון אטנסוב בצעירותו

ב-1935, לאחר שכבר קיבל תפקיד כפרופסור באוניברסיטת איווה, החליט אטנסוב לעשות משהו בעניין הנטל הזה. הוא החל לחשוב על דרכים אפשריות לבנות מחשב חדש וחזק יותר. דחיית שיטות אנלוגיות (כגון מנתח הדיפרנציאלי של MIT) מסיבות של הגבלה ואי דיוק, הוא החליט לבנות מכונה דיגיטלית שעוסקת במספרים כערכים בדידים ולא כמדידות רציפות. מנעוריו הוא הכיר את מערכת המספרים הבינאריים והבין שהיא מתאימה הרבה יותר למבנה ההפעלה/כיבוי של מתג דיגיטלי מאשר המספרים העשרוניים הרגילים. אז הוא החליט ליצור מכונה בינארית. ולבסוף, הוא החליט שכדי שזה יהיה הכי מהיר וגמיש, זה צריך להיות אלקטרוני, ולהשתמש בצינורות ואקום לחישובים.

Atanasov גם צריך להחליט על מרחב הבעיה - לאיזה סוג של חישובים המחשב שלו צריך להתאים? כתוצאה מכך, הוא החליט שהוא יעסוק בפתרון מערכות של משוואות ליניאריות, תוך הפחתתן למשתנה יחיד (באמצעות שיטת גאוס) — אותם חישובים ששלטו בעבודת הדוקטורט שלו. הוא יתמוך בעד שלושים משוואות, עם עד שלושים משתנים כל אחת. מחשב כזה יכול לפתור בעיות שחשובות למדענים ומהנדסים, ויחד עם זאת הוא לא נראה מורכב להפליא.

יצירת אומנות

עד אמצע שנות ה-1930, הטכנולוגיה האלקטרונית הפכה מגוונת ביותר ממקורותיה 25 שנים קודם לכן. שני פיתוחים התאימו במיוחד לפרויקט של Atanasov: ממסר טריגר ומד אלקטרוני.

מאז המאה ה-1918, לרשות מהנדסי טלגרף וטלפון מכשיר שימושי שנקרא מתג. מתג הוא ממסר בי-יציב המשתמש במגנטים קבועים כדי להחזיק אותו במצב שבו השארת אותו - פתוח או סגור - עד שהוא מקבל אות חשמלי להחליף מצבים. אבל צינורות ואקום לא היו מסוגלים לכך. לא היה להם רכיב מכני ויכלו להיות "פתוחים" או "סגורים" בזמן שהחשמל זרם או לא זורם במעגל. בשנת 1, שני פיזיקאים בריטים, וויליאם אקלס ופרנק ג'ורדן, חיברו שתי מנורות עם חוטים כדי ליצור "ממסר הדק" - ממסר אלקטרוני שנשאר דולק כל הזמן לאחר שהודלק על ידי דחף ראשוני. אקלס וירדן יצרו את המערכת שלהם למטרות טלקומוניקציה עבור האדמירליות הבריטית בסוף מלחמת העולם הראשונה. אבל מעגל אקלס-ירדן, שלימים נודע כטריגר [אנגלית. כפכף] יכול להיחשב גם כמכשיר לאחסון ספרה בינארית - 0 אם האות משודר, ו-XNUMX אחרת. בדרך זו, דרך n כפכפים ניתן היה לייצג מספר בינארי של n ביטים.

כעשר שנים לאחר הטריגר התרחשה פריצת הדרך הגדולה השנייה בתחום האלקטרוניקה, שהתנגשה בעולם המחשוב: מונים אלקטרוניים. שוב, כפי שקרה לא פעם בהיסטוריה המוקדמת של המחשוב, השעמום הפך לאם ההמצאה. פיזיקאים שחקרו את פליטת החלקיקים התת-אטומיים נאלצו להקשיב ללחיצות או להשקיע שעות בלימוד תיעוד צילומי, לספור את מספר הגילויים כדי למדוד את קצב פליטת החלקיקים מחומרים שונים. מונים מכניים או אלקטרו-מכניים היו אפשרות מפתה להקל על הפעולות הללו, אך הם נעו לאט מדי: הם לא הצליחו לרשום את האירועים הרבים שהתרחשו בתוך אלפיות שניות זה מזה.

דמות המפתח בפתרון בעיה זו הייתה צ'ארלס אריל ווין-וויליאמס, שעבד תחת ארנסט רתרפורד במעבדת קוונדיש בקיימברידג'. ל-Wynne-Williams היה כישרון אלקטרוניקה, וכבר השתמש בצינורות (או בשסתומים, כפי שהם נקראו בבריטניה) כדי ליצור מגברים שאפשרו לשמוע מה קורה לחלקיקים. בתחילת שנות ה-1930, הוא הבין שניתן להשתמש בשסתומים ליצירת מונה, שאותו כינה "מונה בקנה מידה בינארי" - כלומר מונה בינארי. בעיקרו של דבר, זה היה סט של כפכפים שיכלו להעביר מתגים במעלה השרשרת (בפועל, הוא השתמש תיראטרונים, סוגי מנורות המכילות לא ואקום, אלא גז, שיכול להישאר במצב מופעל לאחר יינון מוחלט של הגז).

דלפק Wynne-Williams הפך במהירות לאחד ממכשירי המעבדה ההכרחיים עבור כל מי שעוסק בפיזיקה של חלקיקים. פיזיקאים בנו מונים קטנים מאוד, המכילים לרוב שלוש ספרות (כלומר, מסוגלים לספור עד שבע). זה הספיק כדי ליצור חיץ עבור מד מכני איטי, ועבור רישום אירועים המתרחשים מהר יותר מאשר מד עם חלקים מכניים נעים איטיים יכול להקליט.

אבל בתיאוריה, ניתן להרחיב מונים כאלה למספרים בגודל שרירותי או דיוק. אלה היו, למהדרין, מכונות החישוב האלקטרוניות הדיגיטליות הראשונות.

מחשב Atanasov-Berry

אטנאסוב הכיר את הסיפור הזה, ששכנע אותו באפשרות לבנות מחשב אלקטרוני. אבל הוא לא השתמש ישירות במונים בינאריים או בכפכפים. בתחילה, לבסיס מערכת הספירה, הוא ניסה להשתמש במונים מעט שונה - הרי מהי חיבור אם לא ספירה חוזרת? אבל מסיבה כלשהי הוא לא הצליח להפוך את מעגלי הספירה לאמינים מספיק, והוא נאלץ לפתח את מעגלי החיבור והכפל שלו. הוא לא יכול היה להשתמש בכפכפים כדי לאחסן באופן זמני מספרים בינאריים מכיוון שהיה לו תקציב מוגבל ומטרה שאפתנית של אחסון שלושים מקדמים בו זמנית. כפי שנראה בקרוב, למצב זה היו השלכות חמורות.

עד 1939, סיים Atanasov לעצב את המחשב שלו. עכשיו הוא היה צריך מישהו עם הידע הנכון כדי לבנות אותו. הוא מצא אדם כזה בבוגר הנדסה של מכון מדינת איווה בשם קליפורד ברי. עד סוף השנה, Atanasov וברי בנו אב טיפוס קטן. בשנה שלאחר מכן הם השלימו גרסה מלאה של המחשב עם שלושים מקדמים. בשנות ה-1960, סופר שחפר את ההיסטוריה שלהם קרא לזה Atanasoff-Berry Computer (ABC), והשם תקוע. עם זאת, לא ניתן היה לבטל את כל החסרונות. בפרט, ל-ABC הייתה שגיאה של בערך ספרה בינארית אחת ל-10000, שתהיה קטלנית עבור כל חישוב גדול.

קליפורד ברי ו-ABC ב-1942

עם זאת, באטנאסוב וב-ABC שלו אפשר למצוא את השורשים והמקור של כל המחשבים המודרניים. האם הוא לא יצר (בעזרת ברי) את המחשב הדיגיטלי האלקטרוני הבינארי הראשון? האם אלו לא המאפיינים הבסיסיים של מיליארדי המכשירים שמעצבים ומניעים כלכלות, חברות ותרבויות ברחבי העולם?

אבל בואו נחזור אחורה. שמות התואר דיגיטלי ובינארי אינם נחלתם של ABC. לדוגמה, מחשב המספר המורכב (CNC), שפותח בערך באותו זמן, היה מחשב דיגיטלי, בינארי, אלקטרומכני המסוגל לחשב במישור המורכב. כמו כן, ABC ו-CNC היו דומים בכך שהם פתרו בעיות באזור מוגבל, ולא יכלו, בניגוד למחשבים מודרניים, לקבל רצף שרירותי של הוראות.

מה שנשאר זה "אלקטרוני". אבל למרות שהקרביים המתמטיים של ABC היו אלקטרוניים, הוא פעל במהירויות אלקטרו-מכניות. מכיוון שאטנאסוב וברי לא היו מסוגלים כלכלית להשתמש בצינורות ואקום כדי לאחסן אלפי ספרות בינאריות, הם השתמשו ברכיבים אלקטרומכניים לשם כך. כמה מאות טריודות, שביצעו חישובים מתמטיים בסיסיים, היו מוקפות בתופים מסתובבים ובמכונות אגרוף סוערות, שבהן אוחסנו ערכי ביניים של כל שלבי החישוב.

אטנאסוף וברי עשו עבודה הרואית בקריאה וכתיבת נתונים על כרטיסים מחוררים במהירות עצומה על ידי שריפתם בחשמל במקום לנקב אותם בצורה מכנית. אבל זה הוביל לבעיות משלו: מנגנון הבעירה היה זה שאחראי לשגיאה אחת לכל 1 מספרים. יתרה מכך, אפילו במיטבה, המכונה לא יכלה "לחבוט" מהר יותר משורה אחת בשנייה, ולכן ABC יכלה לבצע רק חישוב אחד בשנייה עם כל אחת משלושים היחידות האריתמטיות שלה. בשאר הזמן, צינורות הוואקום ישבו בחוסר סבלנות, "תופפו באצבעותיהם על השולחן" בחוסר סבלנות, בזמן שכל המנגנון הזה סובב סביבם לאט עד כאב. אטנסוב וברי רתמו את הסוס הגזעי לעגלת החציר. (מוביל הפרויקט ליצירת ABC מחדש בשנות ה-10000 העריך את המהירות המרבית של המכונה, תוך התחשבות בכל הזמן המושקע, כולל עבודת המפעיל על ציון המשימה, בחמש הוספות או חיסורים בשנייה. זאת, כמובן, הוא מהיר יותר ממחשב אנושי, אך לא באותה מהירות, שאנו מקשרים למחשבים אלקטרוניים.)

דיאגרמת ABC. התופים אוחסנו קלט ופלט זמניים על קבלים. מעגל ניקוב כרטיסי הטיראטרון וקורא הכרטיסים תיעדו וקראו את התוצאות של שלב שלם באלגוריתם (חיסול אחד המשתנים ממערכת המשוואות).

העבודה על ABC נעצרה באמצע 1942 כאשר אטנאסוף וברי נרשמו למכונת המלחמה האמריקאית הצומחת במהירות, שדרשה מוחות וגם גופות. אטנאסוב נקרא למעבדת חיל הים בוושינגטון כדי להוביל צוות לפיתוח מוקשים אקוסטיים. ברי התחתן עם מזכירתו של אטנסוב ומצא עבודה בחברת חוזים צבאיים בקליפורניה כדי להימנע מגיוס למלחמה. אטנאסוב ניסה במשך זמן מה לרשום פטנט על יצירתו במדינת איווה, אך ללא הועיל. לאחר המלחמה הוא עבר לדברים אחרים וכבר לא עסק ברצינות במחשבים. המחשב עצמו נשלח למזבלה ב-1948 כדי לפנות מקום במשרד לבוגר חדש מהמכון.

אולי Atanasov פשוט התחיל לעבוד מוקדם מדי. הוא הסתמך על מענקים צנועים של האוניברסיטה ויכול היה להוציא רק כמה אלפי דולרים כדי ליצור ABC, כך שהכלכלה החליפה את כל הדאגות האחרות בפרויקט שלו. אם הוא היה מחכה עד תחילת שנות הארבעים, אולי היה מקבל מענק ממשלתי עבור מכשיר אלקטרוני מן המניין. ובמצב הזה - מוגבל בשימוש, קשה לשליטה, לא אמין, לא מהיר במיוחד - ABC לא הייתה פרסומת מבטיחה ליתרונות המחשוב האלקטרוני. מכונת המלחמה האמריקאית, למרות כל רעב המחשוב שלה, עזבה את ABC להחליד בעיירה איימס, איווה.

מכונות מחשוב של מלחמה

מלחמת העולם הראשונה יצרה והשיקה מערכת של השקעה מסיבית במדע וטכנולוגיה, והכינה אותה למלחמת העולם השנייה. תוך שנים ספורות עבר עיסוק בלוחמה ביבשה ובים לשימוש בגזים רעילים, מוקשים מגנטיים, סיור אווירי והפצצות וכדומה. אף מנהיג פוליטי או צבאי לא יכול היה שלא להבחין בשינויים כה מהירים. הם היו כל כך מהירים שהמחקר שהתחיל מוקדם מספיק יכול היה להטות את הכף לכיוון זה או אחר.

לארצות הברית היו שפע של חומרים ומוחות (שרבים מהם ברחו מגרמניה של היטלר) והיא הייתה מרוחקת מקרבות ההישרדות והדומיננטיות המיידיים שהשפיעו על מדינות אחרות. זה איפשר למדינה ללמוד את הלקח הזה בצורה ברורה במיוחד. זה התבטא בעובדה שמשאבים תעשייתיים ואינטלקטואלים עצומים הוקדשו ליצירת הנשק האטומי הראשון. השקעה פחות מוכרת, אך חשובה לא פחות או קטנה יותר, הייתה ההשקעה בטכנולוגיית מכ"ם שמרכזה במעבדת Rad של MIT.

אז התחום המתהווה של המחשוב האוטומטי קיבל את חלקו במימון הצבאי, אם כי בקנה מידה קטן בהרבה. כבר ציינו את מגוון פרויקטי המחשוב האלקטרומכניים שנוצרו בעקבות המלחמה. הפוטנציאל של מחשבים מבוססי ממסר היה ידוע, יחסית, שכן מרכזיות טלפון עם אלפי ממסרים פעלו כבר שנים רבות עד אז. רכיבים אלקטרוניים עדיין לא הוכיחו את ביצועיהם בקנה מידה כזה. רוב המומחים האמינו שמחשב אלקטרוני יהיה בהכרח לא אמין (ABC היה דוגמה) או שייקח יותר מדי זמן לבנות אותו. למרות הזרם הפתאומי של כסף ממשלתי, פרויקטי מחשוב אלקטרוני צבאיים היו מעטים ורחוקים. רק שלושה שוגרו, ורק שניים מהם הביאו למכונות מבצעיות.

בגרמניה, מהנדס התקשורת הלמוט שרייר הוכיח לחברו קונרד זוסה את ערכה של המכונה האלקטרונית על פני ה-"V3" האלקטרומכני ש-Zuse בנה עבור התעשייה האווירונאוטית (שנודע מאוחר יותר בשם Z3). זוזה הסכים בסופו של דבר לעבוד על פרויקט שני עם שרייר, והמכון למחקר אווירונאוטי הציע לממן אב טיפוס של 100 צינורות בסוף 1941. אבל שני הגברים החלו תחילה בעבודות מלחמה בעדיפות גבוהה יותר ואז עבודתם הואטה מאוד על ידי נזקי הפצצה, מה שהותיר אותם ללא יכולת לגרום למכונה שלהם לעבוד בצורה מהימנה.

זוזה (מימין) ושרייר (משמאל) עובדים על מחשב אלקטרומכני בדירת הוריו של זוסה בברלין.

והמחשב האלקטרוני הראשון שעשה עבודה מועילה נוצר במעבדה סודית בבריטניה, שם הציע מהנדס תקשורת גישה חדשה קיצונית לניתוח הצפנה מבוסס שסתומים. את הסיפור הזה נחשוף בפעם הבאה.

מה עוד לקרוא:

• אליס ר. בורק וארתור וו. בורק, המחשב האלקטרוני הראשון: סיפור אטנסוף (1988)
• דיוויד ריצ'י, חלוצי המחשבים (1986)
• ג'יין סמיילי, האיש שהמציא את המחשב (2010)

מקור: www.habr.com