🥇電子コンピュータの歴史、パート 1: プロローグ

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で見たように前の記事、より強力な増幅器を求めていたラジオや電話の技術者は、すぐにエレクトロニクスと呼ばれる新しい技術分野を発見しました。電子アンプはデジタルスイッチに簡単に変換でき、電気機械の類似品である電話リレーよりもはるかに高速で動作します。機械部品がなかったため、真空管は、リレーに必要な XNUMX ミリ秒以上の時間ではなく、マイクロ秒以下でオン/オフを切り替えることができました。

1939 年から 1945 年にかけて、これらの新しい電子コンポーネントを使用して XNUMX 台のコンピューターが作成されました。建設時期が第二次世界大戦の時期と一致するのは偶然ではありません。この紛争は、人々を戦争という馬車に縛り付けるという点で歴史上前例のないものであり、国家間の関係や科学と技術の関係を永遠に変え、また多数の新しい装置を世界にもたらしました。

1970 台の最初の電子コンピューターの物語は戦争と絡み合っています。 XNUMX つ目はドイツのメッセージの解読に専念し、XNUMX 年代まで秘密に包まれていましたが、XNUMX 年代には歴史以外の関心がなくなりました。 XNUMX 番目に多くの読者が聞いたことがあるであろう ENIAC は、完成が遅すぎて戦争に貢献できなかった軍事計算機です。しかしここでは、これら XNUMX つのマシンのうち最も初期のもの、つまりジョン・ヴィンセント・アタナソフ.

アタナソフ

1930年、アタナソフはアメリカからの移民の息子として生まれた。オスマン帝国ブルガリア、ついに若い頃の夢を達成し、理論物理学者になりました。しかし、そのような願望のほとんどがそうであるように、現実は彼が期待していたものではありませんでした。特に、XNUMX 世紀前半の工学や物理科学のほとんどの学生と同様に、アタナソフも絶え間ない計算という苦痛に耐えなければなりませんでした。ウィスコンシン大学でのヘリウムの分極に関する博士論文では、卓上計算機を使用した XNUMX 週間にわたる退屈な計算が必要でした。

若い頃のジョン・アタナソフ

1935年までに、すでにアイオワ大学の教授としての職を受け入れていたアタナソフは、この負担について何かをしようと決心した。彼は、より強力な新しいコンピューターを構築する可能性のある方法について考え始めました。彼は限界と不正確さの理由からアナログ手法 (MIT 微分分析器など) を拒否し、数値を連続測定ではなく離散値として扱うデジタルマシンを構築することにしました。彼は若い頃から XNUMX 進数体系に精通しており、通常の XNUMX 進数よりもデジタルスイッチのオン/オフ構造によく適合することを理解していました。そこで彼はバイナリマシンを作ることにしました。そして最終的に、彼はそれを最も速く、最も柔軟にするためには、電子化し、計算に真空管を使用する必要があると決定しました。

アタナソフ氏はまた、問題空間を決定する必要がありました。彼のコンピューターはどのような計算に適しているでしょうか? その結果、彼は連立一次方程式を解くことに取り組み、それらを XNUMX つの変数に還元することに決めました (次を使用) ガウス法)—彼の論文の中心となったのと同じ計算です。それぞれ最大 XNUMX 個の変数を持つ、最大 XNUMX 個の方程式をサポートします。このようなコンピューターは、科学者や技術者にとって重要な問題を解決できると同時に、信じられないほど複雑であるようにも見えません。

芸術作品

1930 年代半ばまでに、電子技術は 25 年前の起源に比べて非常に多様化しました。トリガーリレーと電子メーターという XNUMX つの開発がアタナソフのプロジェクトに特に適していました。

1918 世紀以来、電信および電話の技術者は交換機と呼ばれる便利な装置を自由に使用してきました。スイッチは双安定リレーであり、永久磁石を使用して、状態を切り替える電気信号を受信するまで、開いた状態または閉じたままにした状態を維持します。しかし、真空管にはこれができませんでした。それらには機械的なコンポーネントはなく、電気が回路を通って流れているかどうかにかかわらず、「開いた」または「閉じた」状態になることができました。 1 年、0 人の英国の物理学者、ウィリアムエクルズとフランクジョーダンは、XNUMX つのランプをワイヤーで接続し、初期インパルスによってスイッチがオンになった後も常にオンのままになる電子リレーである「トリガーリレー」を作成しました。エクルズとジョーダンは、第一次世界大戦の終わりに英国海軍本部向けの電気通信を目的としたシステムを作成しました。しかし、後にトリガーとして知られるようになったエクルズ・ジョーダン・サーキット[英語。フリップフロップ] は、信号が送信される場合は XNUMX、送信されない場合は XNUMX という XNUMX 進数を格納するデバイスと考えることもできます。このようにして、n 個のフリップフロップによって、n ビットの XNUMX 進数を表現することができました。

この引き金から約 XNUMX 年後、エレクトロニクスにおける XNUMX 番目の大きなブレークスルーが起こり、コンピューティングの世界と衝突しました。それは電子メーターです。コンピューティングの歴史の初期にはよくあったことですが、再び、退屈が発明の母となりました。素粒子の放出を研究する物理学者は、さまざまな物質からの粒子の放出速度を測定するために、クリックの音を聞くか、写真記録を研究して検出数を数えることに何時間も費やす必要がありました。機械式または電気機械式メーターは、これらの操作を容易にする魅力的な選択肢でしたが、動作が遅すぎて、ミリ秒以内に発生する多くのイベントを記録できませんでした。

この問題を解決する上で重要な役割を果たしたのは、チャールズ・エリル・ウィン＝ウィリアムズ、ケンブリッジのキャベンディッシュ研究所でアーネスト・ラザフォードの下で働いていました。ウィン・ウィリアムズはエレクトロニクスの才能があり、すでに真空管（英国ではバルブと呼ばれていた）を使用して、粒子に何が起こっているかを聞くことを可能にする増幅器を作成していました。 1930 年代初頭に、彼はバルブを使用してカウンターを作成できることに気づき、これを「バイナリスケールカウンター」、つまり XNUMX 進カウンターと呼びました。本質的に、これはスイッチをチェーンの上に送信できる一連のフリップフロップでした (実際には、サイラトロン、真空ではなくガスを含むタイプのランプ（ガスが完全にイオン化した後もオンの位置に残る可能性があります）。

ウィン・ウィリアムズ計数器は、素粒子物理学に携わるすべての人にとって、すぐに必要な実験装置の XNUMX つになりました。物理学者は、多くの場合 XNUMX 桁を含む (つまり、最大 XNUMX までカウントできる) 非常に小さなカウンターを作成しました。バッファを作成するにはこれで十分でした遅い機械式メーターの場合、およびゆっくりと動く機械部品を備えたメーターが記録できるよりも速く発生するイベントを記録する場合に適しています。

しかし、理論的には、このようなカウンターは任意のサイズまたは精度の数値に拡張できます。厳密に言えば、これらは最初のデジタル電子計算機でした。

アタナソフ・ベリーコンピュータ

アタナソフはこの話をよく知っており、電子コンピューターを構築できる可能性を確信しました。しかし、彼はバイナリカウンタやフリップフロップを直接使用しませんでした。最初、彼はカウントシステムの基礎として、わずかに修正されたカウンターを使用しようとしました - 結局のところ、カウントを繰り返さなければ加算とは何でしょうか？しかし、何らかの理由で、カウント回路の信頼性を十分に高めることができず、独自の加算および乗算回路を開発する必要がありました。彼には予算が限られており、一度に XNUMX 個の係数を保存するという野心的な目標があったため、フリップフロップを使用して XNUMX 進数を一時的に保存することはできませんでした。すぐにわかるように、この状況は深刻な結果をもたらしました。

1939 年までに、アタナソフはコンピューターの設計を完了しました。今、彼はそれを構築するために正しい知識を持った人を必要としていました。彼は、クリフォード・ベリーというアイオワ州立大学工学部卒業生の中にそのような人物を見つけた。年末までに、アタナソフとベリーは小さなプロトタイプを作成しました。翌年、彼らは 1960 の係数を備えた完全版のコンピューターを完成させました。 10000 年代に、その歴史を掘り起こした作家がそれをアタナソフベリーコンピューター (ABC) と呼び、その名前が定着しました。しかし、すべての欠点を取り除くことはできませんでした。特に、ABC には XNUMX 進数で XNUMX 分の XNUMX 桁程度の誤差があり、大規模な計算では致命的となります。

クリフォード・ベリーとABC、1942年

しかし、アタナソフと彼の ABC には、現代のすべてのコンピューターのルーツと源が見出されます。彼は（ベリーの有能な助けを得て）最初のバイナリ電子デジタルコンピューターを作成したのではありませんか? これらは、世界中の経済、社会、文化を形成し推進する何十億ものデバイスの基本的な特性ではないでしょうか?

でも、戻りましょう。形容詞のデジタルとバイナリは ABC の領域ではありません。たとえば、同時期に開発されたベル複素数コンピュータ (CNC) は、複素平面上で計算できるデジタル、バイナリ、電気機械コンピュータでした。また、ABC と CNC は、限られた領域で問題を解決するという点で似ており、現代のコンピューターとは異なり、任意の命令シーケンスを受け入れることができませんでした。

残るのは「電子」です。しかし、ABC の数学的内部は電子的でしたが、電気機械的な速度で動作しました。アタナソフとベリーは経済的に真空管を使用して数千の XNUMX 進数を保存することができなかったため、電気機械コンポーネントを使用して保存しました。基本的な数学的計算を実行する数百の三極管は、回転ドラムとブンブン音を立てるパンチングマシンに囲まれており、すべての計算ステップの中間値が保存されていました。

アタナソフとベリーは、パンチカードを機械的にパンチするのではなく、電気で焼き、驚異的な速度でパンチカードにデータを読み書きするという英雄的な仕事を行いました。しかし、これはそれ自体の問題を引き起こしました。1 個の数値につき 10000 個のエラーの原因は書き込み装置にあったのです。さらに、マシンは最高の状態でも 1990 秒あたり XNUMX 行より速く「パンチ」することができなかったので、ABC は XNUMX 個の演算装置のそれぞれで XNUMX 秒あたり XNUMX 回の計算しか実行できませんでした。残りの時間、真空管は何もせずに座って、焦りながら「テーブルを指でたたいている」一方で、すべての機械がその周りを痛いほどゆっくりと回転していました。アタナソフとベリーはサラブレッド馬を干し草車につないだ。 (XNUMX 年代に ABC を再現するプロジェクトのリーダーは、タスクを指定するオペレーターの作業を含むすべての時間を考慮して、マシンの最大速度を XNUMX 秒あたり XNUMX 回加算または減算すると推定しました。これはもちろん、人間のコンピュータよりも高速ですが、電子コンピュータから連想される速度と同じではありません。)

ABC図。ドラムは一時的な入力と出力をコンデンサに保存しました。サイラトロンカードパンチング回路とカードリーダーは、アルゴリズムのステップ全体 (方程式系から変数の XNUMX つを削除する) の結果を記録し、読み取りました。

ABC の作業は 1942 年半ばに停滞しました。アタナソフとベリーが、身体だけでなく頭脳も必要とする急速に成長する米国の戦争機械に登録したときです。アタナソフはワシントンの海軍兵器研究所に招集され、音響機雷の開発チームを率いました。ベリーはアタナソフの秘書と結婚し、戦争への徴兵を避けるためにカリフォルニアの軍事契約会社に職を見つけた。アタナソフはしばらくの間、アイオワ州で自分の作品の特許を取得しようと試みたが、無駄だった。戦後、彼は他のことに移り、コンピュータに真剣に関わることはなくなりました。コンピューター自体は 1948 年に、研究所の新卒者のためのオフィスのスペースを作るために埋め立て地に送られました。

おそらく、アタナソフは単に仕事を始めるのが早すぎたのかもしれません。彼はささやかな大学の補助金に依存しており、ABC の作成には数千ドルしか費やすことができなかったため、彼のプロジェクトでは経済が他のすべての懸念事項に優先しました。 1940 年代初頭まで待っていたら、本格的な電子機器に対する政府の補助金を受け取ったかもしれません。そして、この状態では、使用が制限され、制御が難しく、信頼性が低く、それほど高速ではないため、ABC は電子コンピューティングの利点を宣伝する有望な広告ではありませんでした。アメリカの戦争機械は、コンピューターの飢えにもかかわらず、ABC をアイオワ州エイムズの町で錆びさせた。

戦争のコンピューティングマシン

第一次世界大戦では、科学技術への大規模な投資システムが創設・開始され、第二次世界大戦に向けて準備されました。わずか数年のうちに、陸と海での戦争の実践は、毒ガス、磁気地雷、航空偵察、爆撃などの使用に切り替わりました。政治的または軍事的指導者であれば、このような急速な変化に気づかないはずがありません。そのスピードは非常に速かったため、研究が十分に早く開始されたことで天秤がどちらかの方向に傾く可能性がありました。

米国には豊富な物資と頭脳があり（その多くはヒトラー政権のドイツから亡命していた）、他国に影響を与える生存と支配をめぐる差し迫った戦いからは距離を置いていた。これにより、この国はこの教訓を特に明確に学ぶことができました。これは、膨大な産業資源と知的資源が最初の核兵器の製造に費やされたという事実に表れています。あまり知られていないが、同様に重要か小規模な投資は、MIT の Rad Lab を中心としたレーダー技術への投資でした。

そのため、自動コンピューティングの初期の分野は、はるかに小規模ではあったものの、軍事資金の一部を受け取りました。戦争によって生み出されたさまざまな電気機械コンピューティングプロジェクトについてはすでに述べました。リレーベースのコンピュータの可能性は、その時までに何千ものリレーを備えた電話交換機が長年にわたって運用されていたため、比較的知られていました。電子部品はまだそのような規模での性能を証明していません。ほとんどの専門家は、電子コンピューターは必然的に信頼性が低くなるか (ABC がその例)、構築に時間がかかりすぎると考えていました。突然の政府資金の流入にもかかわらず、軍用電子コンピューティングプロジェクトはほとんどありませんでした。打ち上げられたのはわずか XNUMX 機で、運用に至ったのはそのうちの XNUMX 機だけでした。

ドイツでは、通信技師のヘルムート・シュライヤーが友人のコンラート・ツゼに、ツゼが航空産業向けに製造していた電気機械式「V3」（後にZ3として知られる）よりも電子機械の価値があることを証明した。ツーゼは最終的にシュライヤーとの 100 番目のプロジェクトに取り組むことに同意し、航空研究所は 1941 年末に XNUMX 個の真空管のプロトタイプに資金を提供することを申し出ました。しかし、二人は最初に優先順位の高い戦争業務に従事し、その後爆撃による被害により作業が大幅に遅れ、機械を確実に作動させることができなくなった。

ズゼさん（右）とシュライヤーさん（左）は、ツゼさんの両親が住むベルリンのアパートで電気機械式コンピューターを使って作業する

そして、有用な仕事をした最初の電子コンピューターは、英国の秘密研究所で作成されました。そこでは、電気通信技術者が、バルブベースの暗号解読に対する根本的な新しいアプローチを提案しました。この話は次回公開します。

他に読むべきもの:

• アリス R. バークスとアーサー W. バークス、最初の電子コンピューター: アタンソフの物語 (1988 年)
• デビッド・リッチー、「コンピューターの先駆者たち」（1986 年）
• ジェーン・スマイリー、コンピューターを発明した男 (2010)

出所： habr.com

電子コンピュータの歴史第 1 部: プロローグ

アタナソフ

芸術作品

アタナソフ・ベリーコンピュータ

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