ProHoster > Blogs > Administrācija > Elektronisko datoru vēsture, 1. daļa: Prologs

Elektronisko datoru vēsture, 1. daļa: Prologs

Elektronisko datoru vēsture, 1. daļa: Prologs

Citi sērijas raksti:

Kā mēs redzējām pēdējais raksts, radio un telefonu inženieri, meklējot jaudīgākus pastiprinātājus, atklāja jaunu tehnoloģiju jomu, ko ātri nosauca par elektroniku. Elektronisko pastiprinātāju var viegli pārveidot par ciparu slēdzi, kas darbojas ar daudz lielāku ātrumu nekā tā elektromehāniskais brālēns, telefona relejs. Tā kā nebija mehānisku daļu, vakuuma cauruli varēja ieslēgt un izslēgt mikrosekundē vai mazāk, nevis desmit milisekundēs vai vairāk, ko pieprasa relejs.

No 1939. lÄ«dz 1945. gadam, izmantojot Å”os jaunos elektroniskos komponentus, tika izveidoti trÄ«s datori. Nav nejauŔība, ka to bÅ«vniecÄ«bas datumi sakrÄ«t ar Otrā pasaules kara laiku. Å is konflikts, kuram vēsturē nav lÄ«dzÄ«gu, kā tas cilvēkus iejÅ«dza kara ratos, uz visiem laikiem mainÄ«ja attiecÄ«bas starp valstÄ«m un starp zinātni un tehnoloÄ£ijām, kā arÄ« atnesa pasaulei lielu skaitu jaunu ierīču.

Stāsti par trim pirmajiem elektroniskajiem datoriem savijas ar karu. Pirmais bija veltÄ«ts vācu vēstÄ«jumu atÅ”ifrÄ“Å”anai un palika noslēpuma aizsegā lÄ«dz 1970. gadiem, kad tas vairs neinteresēja tikai vēsturiski. Otrs, par kuru lielākajai daļai lasÄ«tāju vajadzēja dzirdēt, bija ENIAC, militārais kalkulators, kas tika pabeigts pārāk vēlu, lai palÄ«dzētu karā. Bet Å”eit mēs aplÅ«kojam agrāko no Ŕīm trim maŔīnām, kas ir ideja Džons Vincents Atanasofs.

Atanasovs

1930. gadā Atanasovs, Amerikā dzimuÅ”ais emigrantu dēls no Osmaņu Bulgārija, beidzot sasniedza savu jaunÄ«bas sapni un kļuva par teorētisko fiziÄ·i. Taču, tāpat kā ar lielāko daļu Ŕādu centienu, realitāte nebija tāda, kādu viņŔ gaidÄ«ja. Jo Ä«paÅ”i, tāpat kā lielākajai daļai inženierzinātņu un fizisko zinātņu studentu XNUMX. gadsimta pirmajā pusē, Atanasovam bija jācieÅ” nemitÄ«go aprēķinu sāpÄ«gais slogs. Viņa disertācija Viskonsinas Universitātē par hēlija polarizāciju prasÄ«ja astoņas nedēļas garlaicÄ«gus aprēķinus, izmantojot mehānisko galda kalkulatoru.

Elektronisko datoru vēsture, 1. daļa: Prologs
Džons Atanasovs jaunībā

LÄ«dz 1935. gadam, jau pieņēmis profesora amatu Aiovas universitātē, Atanasovs nolēma kaut ko darÄ«t, lai novērstu Å”o slogu. ViņŔ sāka domāt par iespējamiem veidiem, kā izveidot jaunu, jaudÄ«gāku datoru. Noraidot analogās metodes (piemēram, MIT diferenciālo analizatoru) ierobežojumu un neprecizitātes dēļ, viņŔ nolēma izveidot digitālu iekārtu, kas skaitļus apstrādāja kā diskrētas vērtÄ«bas, nevis kā nepārtrauktus mērÄ«jumus. Jau no jaunÄ«bas viņŔ bija pazÄ«stams ar bināro skaitļu sistēmu un saprata, ka tā daudz labāk iekļaujas ciparu slēdža ieslēgÅ”anas/izslēgÅ”anas struktÅ«rā nekā parastie decimālskaitļi. Tāpēc viņŔ nolēma izveidot bināro maŔīnu. Un visbeidzot viņŔ nolēma, ka, lai tas bÅ«tu ātrākais un elastÄ«gākais, tam jābÅ«t elektroniskam un aprēķiniem jāizmanto vakuuma caurules.

Atanasovam vajadzēja arÄ« izlemt par problēmtelpu - kādiem aprēķiniem viņa datoram jābÅ«t piemērotam? Rezultātā viņŔ nolēma, ka viņŔ nodarbosies ar lineāro vienādojumu sistēmu risināŔanu, reducējot tās lÄ«dz vienam mainÄ«gajam (izmantojot Gausa metode) ā€” tie paÅ”i aprēķini, kas dominēja viņa disertācijā. Tas atbalstÄ«s lÄ«dz pat trÄ«sdesmit vienādojumus ar lÄ«dz pat trÄ«sdesmit mainÄ«gajiem katrā. Šāds dators varētu atrisināt problēmas, kas ir svarÄ«gas zinātniekiem un inženieriem, un tajā paŔā laikā tas neŔķiet neticami sarežģīts.

Mākslas darbs

LÄ«dz 1930. gadsimta 25. gadu vidum elektroniskās tehnoloÄ£ijas bija kļuvuÅ”as ārkārtÄ«gi daudzveidÄ«gas, salÄ«dzinot ar to pirmsākumiem XNUMX gadus iepriekÅ”. Divas izstrādes bija Ä«paÅ”i piemērotas Atanasova projektam: sprÅ«da relejs un elektroniskais skaitÄ«tājs.

KopÅ” 1918. gadsimta telegrāfa un telefona inženieru rÄ«cÄ«bā ir bijusi ērta ierÄ«ce, ko sauc par slēdzi. Slēdzis ir bistabils relejs, kas izmanto pastāvÄ«gos magnētus, lai noturētu to tādā stāvoklÄ«, kādā to atstājāt ā€” atvērtu vai aizvērtu ā€” lÄ«dz tas saņem elektrisku signālu, lai pārslēgtu stāvokļus. Bet vakuuma caurules to nespēja. Tiem nebija mehānisku sastāvdaļu, un tie varēja bÅ«t "atvērti" vai "aizvērti", kamēr elektrÄ«ba plÅ«st vai neplÅ«st caur ķēdi. 1. gadā divi britu fiziÄ·i Viljams Eklss un Frenks Džordans savienoja divas lampas ar vadiem, lai izveidotu ā€œsprÅ«da relejuā€ ā€“ elektronisku releju, kas paliek pastāvÄ«gi ieslēgts pēc sākotnējā impulsa ieslēgÅ”anas. Eklss un Džordans izveidoja savu sistēmu telekomunikāciju vajadzÄ«bām Lielbritānijas Admiralitātei Pirmā pasaules kara beigās. Bet Eccles-Jordan ķēde, kas vēlāk kļuva pazÄ«stama kā sprÅ«da [angļu val. flip-flop] varētu uzskatÄ«t arÄ« par ierÄ«ci bināra cipara glabāŔanai - 0, ja tiek pārraidÄ«ts signāls, un XNUMX citādi. Tādā veidā, izmantojot n flip-flops, bija iespējams attēlot n bitu bināru skaitu.

Apmēram desmit gadus pēc sprÅ«da notika otrs lielais sasniegums elektronikā, saduroties ar skaitļoÅ”anas pasauli: elektroniskie skaitÄ«tāji. Atkal, kā tas bieži notika skaitļoÅ”anas agrÄ«najā vēsturē, garlaicÄ«ba kļuva par izgudrojumu māti. FiziÄ·iem, kas pētÄ«ja subatomisko daļiņu emisiju, bija vai nu jāklausās klikŔķiem, vai jāpavada stundas, pētot fotoattēlu ierakstus, skaitot atklājumu skaitu, lai izmērÄ«tu dažādu vielu daļiņu emisijas ātrumu. Mehāniskie vai elektromehāniskie skaitÄ«tāji bija vilinoÅ”s risinājums, lai atvieglotu Ŕīs darbÄ«bas, taču tie pārvietojās pārāk lēni: tie nevarēja reÄ£istrēt daudzos notikumus, kas notika milisekundēs viens no otra.

Galvenais rādÄ«tājs Ŕīs problēmas risināŔanā bija Čārlzs Erils Vinns-Viljamss, kurÅ” strādāja Ernesta Rezerforda vadÄ«bā KavendiÅ”a laboratorijā Kembridžā. Wynne-Williams bija iemaņas elektronikā, un viņŔ jau bija izmantojis lampas (vai vārstus, kā tos sauca Lielbritānijā), lai izveidotu pastiprinātājus, kas ļāva dzirdēt, kas notiek ar daļiņām. 1930. gadu sākumā viņŔ saprata, ka vārstus var izmantot, lai izveidotu skaitÄ«tāju, ko viņŔ sauca par ā€œbināro skaitÄ«tājuā€, tas ir, bināro skaitÄ«tāju. BÅ«tÄ«bā tas bija flip-flop komplekts, kas varēja pārraidÄ«t slēdžus pa ķēdi augÅ”up (praksē tas izmantoja tiratrons, lampu veidi, kas satur nevis vakuumu, bet gāzi, kas varētu palikt ieslēgtā stāvoklÄ« pēc pilnÄ«gas gāzes jonizācijas).

Wynne-Williams skaitÄ«tājs ātri kļuva par vienu no nepiecieÅ”amajām laboratorijas ierÄ«cēm ikvienam, kas saistÄ«ts ar daļiņu fiziku. FiziÄ·i uzbÅ«vēja ļoti mazus skaitÄ«tājus, kas bieži satur trÄ«s ciparus (tas ir, spēj saskaitÄ«t lÄ«dz septiņiem). Tas bija pietiekami, lai izveidotu buferi lēnam mehāniskam skaitÄ«tājam un tādu notikumu reÄ£istrÄ“Å”anai, kas notiek ātrāk, nekā varētu ierakstÄ«t skaitÄ«tājs ar lēni kustÄ«gām mehāniskām daļām.

Elektronisko datoru vēsture, 1. daļa: Prologs

Bet teorētiski Ŕādus skaitÄ«tājus varētu paplaÅ”ināt lÄ«dz patvaļīga izmēra vai precizitātes skaitļiem. Stingri sakot, tās bija pirmās digitālās elektroniskās skaitļoÅ”anas maŔīnas.

Atanasova-Berija dators

Atanasovs bija pazÄ«stams ar Å”o stāstu, kas viņu pārliecināja par iespēju izveidot elektronisku datoru. Bet viņŔ tieÅ”i neizmantoja bināros skaitÄ«tājus vai flip-flops. Sākumā viņŔ skaitÄ«Å”anas sistēmas pamatā mēģināja izmantot nedaudz pārveidotus skaitÄ«tājus - galu galā, kas gan ir saskaitÄ«Å”ana, ja ne atkārtota skaitÄ«Å”ana? Bet kādu iemeslu dēļ viņŔ nevarēja padarÄ«t skaitÄ«Å”anas shēmas pietiekami uzticamas, un viņam bija jāizstrādā savas saskaitÄ«Å”anas un reizināŔanas shēmas. ViņŔ nevarēja izmantot flip-flops, lai Ä«slaicÄ«gi saglabātu bināros skaitļus, jo viņam bija ierobežots budžets un ambiciozs mērÄ·is vienlaikus saglabāt trÄ«sdesmit koeficientus. Kā mēs drÄ«z redzēsim, Å”ai situācijai bija nopietnas sekas.

LÄ«dz 1939. gadam Atanasovs bija pabeidzis sava datora projektÄ“Å”anu. Tagad viņam bija vajadzÄ«gs kāds ar pareizām zināŔanām, lai to izveidotu. ViņŔ atrada Ŕādu personu pie kāda Aiovas Å”tata institÅ«ta inženierzinātņu absolventa, vārdā Klifords Berijs. LÄ«dz gada beigām Atanasovs un Berijs bija uzbÅ«vējuÅ”i nelielu prototipu. Nākamajā gadā viņi pabeidza pilnu datora versiju ar trÄ«sdesmit koeficientiem. 1960. gados kāds rakstnieks, kurÅ” izraka savu vēsturi, to nosauca par Atanasoff-Berry Computer (ABC), un nosaukums palika nemainÄ«gs. Tomēr visus trÅ«kumus nebija iespējams novērst. Konkrēti, ABC kļūda bija aptuveni viens binārs cipars no 10000 XNUMX, kas bÅ«tu liktenÄ«gs jebkuram lielam aprēķinam.

Elektronisko datoru vēsture, 1. daļa: Prologs
Klifords Berijs un ABC 1942. gadā

Tomēr Atanasovā un viņa ABC var atrast visu mÅ«sdienu datoru saknes un avotus. Vai viņŔ neradÄ«ja (ar Berija palÄ«dzÄ«bu) pirmo bināro elektronisko digitālo datoru? Vai tās nav galvenās iezÄ«mes miljardiem ierīču, kas veido un virza ekonomiku, sabiedrÄ«bu un kultÅ«ras visā pasaulē?

Bet atgriezÄ«simies. ÄŖpaŔības vārdi digitālais un binārais nav ABC domēns. Piemēram, Bell Complex Number Computer (CNC), kas tika izstrādāts aptuveni tajā paŔā laikā, bija digitāls, binārs, elektromehānisks dators, kas spēj veikt skaitļoÅ”anu kompleksajā plaknē. Turklāt ABC un CNC bija lÄ«dzÄ«gi, jo tie atrisināja problēmas ierobežotā apgabalā un nevarēja, atŔķirÄ«bā no mÅ«sdienu datoriem, pieņemt patvaļīgu instrukciju secÄ«bu.

Tas, kas paliek, ir "elektronisks". Bet, lai gan ABC matemātiskās iekÅ”puses bija elektroniskas, tās darbojās ar elektromehāniskiem ātrumiem. Tā kā Atanasovs un Berijs finansiāli nevarēja izmantot vakuuma lampas, lai uzglabātu tÅ«kstoÅ”iem bināro ciparu, viņi izmantoja elektromehāniskās sastāvdaļas, lai to izdarÄ«tu. Vairākus simtus triožu, veicot pamata matemātiskos aprēķinus, ieskauj rotējoÅ”as bungas un virpojoÅ”as Å”tancÄ“Å”anas maŔīnas, kurās tika glabātas visu skaitļoÅ”anas soļu starpvērtÄ«bas.

Atanasovs un Berijs veica varonÄ«gu darbu, milzÄ«gā ātrumā nolasot un ierakstot datus perfokartēs, tās sadedzinot ar elektrÄ«bu, nevis mehāniski perforējot. Bet tas radÄ«ja savas problēmas: degoÅ”ais aparāts bija atbildÄ«gs par 1 kļūdu uz 10000 1990 numuriem. Turklāt pat vislabākajā gadÄ«jumā iekārta nevarēja "izsist" ātrāk par vienu rindiņu sekundē, tāpēc ABC varēja veikt tikai vienu aprēķinu sekundē ar katru no savām trÄ«sdesmit aritmētiskajām vienÄ«bām. AtlikuÅ”o laiku vakuuma caurules sēdēja dÄ«kstāvē, nepacietÄ«gi ā€œbungojot ar pirkstiem pa galduā€, kamēr visa Ŕī tehnika sāpÄ«gi lēni griezās ap tām. Atanasovs un Berijs piekabināja tÄ«rasiņu zirgu siena pajÅ«gā. (XNUMX. gadu ABC atjaunoÅ”anas projekta vadÄ«tājs lÄ“Å” maŔīnas maksimālo ātrumu, ņemot vērā visu patērēto laiku, ieskaitot operatora darbu pie uzdevuma precizÄ“Å”anas, piecos saskaitÄ«jumos vai atņemjumos sekundē. Tas, protams, ir ātrāks nekā cilvēka dators, bet ne tāds pats ātrums, ko mēs saistām ar elektroniskajiem datoriem.)

Elektronisko datoru vēsture, 1. daļa: Prologs
ABC diagramma. Bungas uzglabāja pagaidu ievadi un izvadi uz kondensatoriem. Tiratron karÅ”u perforÄ“Å”anas shēma un karÅ”u lasÄ«tājs ierakstÄ«ja un nolasÄ«ja visa algoritma soļa rezultātus (izņemot vienu no mainÄ«gajiem no vienādojumu sistēmas).

Darbs pie ABC apstājās 1942. gada vidÅ«, kad Atanasofs un Berijs pievienojās strauji augoÅ”ajai ASV kara maŔīnai, kurai bija vajadzÄ«gas gan smadzenes, gan Ä·ermenis. Atanasovs tika izsaukts uz JÅ«ras munÄ«cijas laboratoriju VaÅ”ingtonā, lai vadÄ«tu komandu, kas izstrādā akustiskās mÄ«nas. Berijs apprecējās ar Atanasova sekretāri un atrada darbu militārā lÄ«guma uzņēmumā Kalifornijā, lai izvairÄ«tos no iecelÅ”anas karā. Atanasovs kādu laiku mēģināja patentēt savu radÄ«jumu Aiovas Å”tatā, taču nesekmÄ«gi. Pēc kara viņŔ pārgāja uz citām lietām un vairs nebija nopietni saistÄ«ts ar datoriem. Pats dators 1948. gadā tika nosÅ«tÄ«ts uz poligonu, lai birojā atbrÄ«votu vietu jaunajam institÅ«ta absolventam.

VarbÅ«t Atanasovs vienkārÅ”i sāka strādāt pārāk agri. ViņŔ paļāvās uz pieticÄ«gām universitātes dotācijām un varēja iztērēt tikai dažus tÅ«kstoÅ”us dolāru, lai izveidotu ABC, tāpēc ekonomika aizstāja visas pārējās viņa projekta bažas. Ja viņŔ bÅ«tu nogaidÄ«jis lÄ«dz 1940. gadu sākumam, viņŔ, iespējams, bÅ«tu saņēmis valsts dotāciju par pilnvērtÄ«gu elektronisko ierÄ«ci. Un Å”ajā stāvoklÄ« - ierobežota lietoÅ”ana, grÅ«ti vadāma, neuzticama, ne pārāk ātra - ABC nebija daudzsoloÅ”a reklāma elektroniskās skaitļoÅ”anas priekÅ”rocÄ«bām. Amerikāņu kara maŔīna, neskatoties uz visu savu skaitļoÅ”anas badu, atstāja ABC, lai sarÅ«sētu Eimsas pilsētā Aiovas Å”tatā.

Kara skaitļoŔanas maŔīnas

Pirmais pasaules karÅ” radÄ«ja un iedarbināja sistēmu masveida ieguldÄ«jumiem zinātnē un tehnoloÄ£ijā un sagatavoja to Otrajam pasaules karam. Tikai dažu gadu laikā karadarbÄ«ba uz sauszemes un jÅ«rā pārgāja uz indÄ«go gāzu izmantoÅ”anu, magnētiskajām mÄ«nām, gaisa izlÅ«koÅ”anu un bombardÄ“Å”anu utt. Neviens politiskais vai militārais lÄ«deris nevarēja nepamanÄ«t tik straujas pārmaiņas. Viņi bija tik ātri, ka pētÄ«jumi, kas tika uzsākti pietiekami agri, varēja novirzÄ«t svarus vienā vai otrā virzienā.

Amerikas Savienotajām ValstÄ«m bija daudz materiālu un smadzeņu (daudzi no tiem bija aizbēguÅ”i no Hitlera Vācijas), un tie bija attālināti no tÅ«lÄ«tējām cīņām par izdzÄ«voÅ”anu un dominÄ“Å”anu, kas ietekmēja citas valstis. Tas ļāva valstij Å”o mācÄ«bu mācÄ«ties Ä«paÅ”i skaidri. Tas izpaudās faktā, ka pirmā atomu ieroča radÄ«Å”anai tika veltÄ«ti milzÄ«gi industriālie un intelektuālie resursi. Mazāk zināms, bet tikpat svarÄ«gs vai mazāks ieguldÄ«jums bija investÄ«cijas radaru tehnoloÄ£ijā, kuras centrā ir MIT Rad Lab.

Tātad topoŔā automātiskās skaitļoÅ”anas joma saņēma savu daļu no militārā finansējuma, lai gan daudz mazākā mērogā. Mēs jau esam atzÄ«mējuÅ”i kara radÄ«to elektromehānisko skaitļoÅ”anas projektu daudzveidÄ«bu. NosacÄ«ti runājot, releju datoru potenciāls bija zināms, jo telefona centrāles ar tÅ«kstoÅ”iem releju lÄ«dz tam laikam darbojās jau daudzus gadus. Elektroniskie komponenti vēl nav pierādÄ«juÅ”i savu darbÄ«bu tādā mērogā. Lielākā daļa ekspertu uzskatÄ«ja, ka elektroniskais dators neizbēgami bÅ«s neuzticams (piemēram, ABC) vai tā izveide prasÄ«s pārāk ilgu laiku. Neskatoties uz pēkŔņo valdÄ«bas naudas pieplÅ«dumu, militāro elektronisko skaitļoÅ”anas projektu bija maz. Tika palaistas tikai trÄ«s, un tikai divas no tām radÄ«ja darbspējÄ«gas maŔīnas.

Vācijā telekomunikāciju inženieris Helmuts Å reijers pierādÄ«ja savam draugam Konrādam Zuzam elektroniskās iekārtas vērtÄ«bu salÄ«dzinājumā ar elektromehānisko "V3", ko Zuse bÅ«vēja aeronautikas nozarei (vēlāk pazÄ«stama kā Z3). Galu galā Zuse piekrita strādāt pie otrā projekta ar Å reieru, un Aeronautikas pētniecÄ«bas institÅ«ts piedāvāja finansēt 100 cauruļu prototipu 1941. gada beigās. Taču abi vÄ«rieÅ”i vispirms ķērās pie augstākas prioritātes kara darba, un pēc tam viņu darbu ievērojami palēnināja bombardÄ“Å”anas radÄ«tie postÄ«jumi, kā rezultātā viņi nespēja panākt, lai maŔīna darbotos uzticami.

Elektronisko datoru vēsture, 1. daļa: Prologs
Zuse (pa labi) un Šreiers (pa kreisi) strādā pie elektromehāniskā datora Zuses vecāku Berlīnes dzīvoklī.

Un pirmais elektroniskais dators, kas veica noderīgu darbu, tika izveidots slepenā laboratorijā Lielbritānijā, kur telekomunikāciju inženieris ierosināja radikāli jaunu pieeju uz vārstu balstītai kriptanalīzei. Šo stāstu atklāsim nākamreiz.

Ko vēl lasīt:

ā€¢ Alise R. Bērksa un ArtÅ«rs V. Bērkss, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
ā€¢ Deivids Ričijs, Datoru pionieri (1986)
ā€¢ Džeina Smaidija, Cilvēks, kurÅ” izgudroja datoru (2010)

Avots: www.habr.com

Pievieno komentāru