Andere artikelen in de serie:
- Geschiedenis van het relais
- Geschiedenis van elektronische computers
- Geschiedenis van de transistor
- Internetgeschiedenis
Zoals we zagen in Radio- en telefoontechnici gingen op zoek naar krachtigere versterkers en openden daarmee een nieuw technologisch vakgebied dat al snel de naam elektronica kreeg. De elektronische versterker kon eenvoudig worden omgebouwd tot een digitale schakelaar die veel sneller werkte dan zijn elektromechanische neef, het telefoonrelais. Omdat er geen mechanische onderdelen waren, kon de vacuümbuis binnen een microseconde of minder worden aan- en uitgeschakeld, in plaats van de tientallen milliseconden of meer die relais nodig hadden.
Tussen 1939 en 1945 werden drie computers ontworpen met deze nieuwe elektronische componenten. Het is geen toeval dat de bouwjaren samenvallen met de periode van de Tweede Wereldoorlog. Dit conflict, ongekend in de geschiedenis wat betreft de manier waarop het mannen aan het juk van de strijdwagen dwong, bracht voorgoed veranderingen teweeg in de verhoudingen tussen staten en tussen wetenschap en technologie. Het bracht een groot aantal nieuwe apparaten op de wereld.
De verhalen over de eerste drie elektronische computers zijn nauw verbonden met oorlog. De eerste richtte zich op het ontcijferen van Duitse berichten en bleef tot in de jaren zeventig geheim. Sindsdien vertegenwoordigde het alleen nog maar historische interesse. De tweede, waarvan de meeste lezers wel zullen hebben gehoord, was ENIAC, een militaire rekenmachine die te laat werd voltooid om nog van nut te zijn tijdens de oorlog. Maar hier zullen we kijken naar de vroegste van deze drie machines, het geesteskind van .
Atanasov
In 1930 werd Atanasov, de in Amerika geboren zoon van een immigrant uit , bereikte uiteindelijk zijn jeugddroom en werd theoretisch natuurkundige. Maar zoals bij de meeste van dit soort ambities, was de realiteit niet wat hij verwacht had. Atanasov had, net als de meeste studenten techniek en natuurkunde in de eerste helft van de 20e eeuw, te lijden onder de ondraaglijke last van voortdurend rekenen. Voor zijn proefschrift aan de Universiteit van Wisconsin over de polarisatie van helium had hij acht weken aan saaie berekeningen met een mechanische rekenmachine nodig.
John Atanasoff in zijn jeugd
In 1935, toen Atanasoff al hoogleraar was aan de Iowa State University, besloot hij iets aan de last te doen. Hij begon na te denken over mogelijke manieren om een nieuwe, krachtigere computer te bouwen. Hij verwierp analoge methoden (zoals de MIT-differentiaalanalysator) vanwege hun beperkingen en onnauwkeurigheid en besloot een digitale machine te bouwen die getallen als discrete waarden verwerkte in plaats van als continue metingen. Hij was al sinds zijn jeugd bekend met het binaire getallenstelsel en begreep dat dit stelsel veel beter paste in de structuur van een digitale aan/uit-schakelaar dan de gebruikelijke decimale getallen. Daarom besloot hij een binaire machine te maken. Uiteindelijk besloot hij dat het elektronisch moest zijn en dat er vacuümbuizen moesten worden gebruikt voor de berekeningen, zodat het zo snel en flexibel mogelijk zou zijn.
Atanasov moest ook een beslissing nemen over het probleemgebied: voor welke berekeningen moest zijn computer precies geschikt zijn? Uiteindelijk besloot hij dat hij aan de oplossing van stelsels lineaire vergelijkingen zou werken door ze terug te brengen tot één enkele variabele (met behulp van ) - dezelfde berekeningen die zijn proefschrift domineerden. Er worden maximaal dertig vergelijkingen ondersteund, met elk maximaal dertig variabelen. Zo'n computer zou problemen kunnen oplossen die belangrijk zijn voor wetenschappers en ingenieurs, en tegelijkertijd lijkt de computer niet zo heel ingewikkeld.
Kunstwerk
Halverwege de jaren dertig was de elektronische technologie enorm divers geworden vergeleken met de oorsprong 1930 jaar eerder. Twee ontwikkelingen leendden zich bijzonder goed voor Atanasovs project: de relaistrigger en de elektronische teller.
Sinds de 1918e eeuw beschikken telegraaf- en telefoontechnici over een handig hulpmiddel, de zogenaamde schakelaar. Een schakelaar is een bistabiel relais dat gebruikmaakt van permanente magneten om het relais in de stand te houden waarin u het laat staan (open of gesloten) totdat het een elektrisch signaal ontvangt om de stand te wijzigen. Maar vacuümbuizen waren daartoe niet in staat. Ze hadden geen mechanische onderdelen en konden 'open' of 'gesloten' zijn, zolang er maar elektriciteit door het circuit stroomde. In 1 verbonden twee Britse natuurkundigen, William Eccles en Frank Jordan, twee lampen met draden om een "triggerrelais" te creëren: een elektronisch relais dat permanent aan blijft nadat het door een eerste puls is geactiveerd. Eccles en Jordan creëerden hun systeem voor telecommunicatiedoeleinden voor de Britse Admiraliteit aan het einde van de Eerste Wereldoorlog. Maar het Eccles-Jordan-circuit, later bekend als de trigger [eng. De flip-flop kan ook worden gezien als een apparaat voor het opslaan van een binair cijfer: 0 als het signaal wordt verzonden en XNUMX anders. Op deze manier kan een binair getal van n cijfers worden weergegeven door middel van n triggers.
Ongeveer tien jaar na de doorbraak vond er een tweede grote doorbraak in de elektronica plaats die botste met de computerwereld: elektronische tellers. Ook hier was, zoals wel vaker in de vroege geschiedenis van de computertechnologie, verveling de moeder van de uitvinding. Natuurkundigen die de emissie van subatomaire deeltjes bestudeerden, moesten ofwel luisteren naar klikken, ofwel urenlang fotografische opnamen bestuderen en het aantal detecties tellen om zo de snelheid te meten waarmee deeltjes door verschillende stoffen werden uitgestoten. Mechanische of elektromechanische tellers boden een aantrekkelijke mogelijkheid om deze handelingen te vergemakkelijken, maar ze werkten te langzaam: ze konden de vele gebeurtenissen die binnen milliseconden van elkaar plaatsvonden, niet registreren.
De sleutelfiguur bij het oplossen van dit probleem was , die onder Ernest Rutherford werkte bij het Cavendish Laboratory in Cambridge. Wynn-Williams was een slimme elektronica-expert en had al buizen (of buizen, zoals ze in Groot-Brittannië werden genoemd) gebruikt om versterkers te maken waarmee kon worden gehoord wat er met deeltjes gebeurde. Begin jaren dertig realiseerde hij zich dat buizen gebruikt konden worden om een teller te maken die hij een "binaire schaalteller" noemde, dat wil zeggen, een binaire teller. In essentie was het een reeks triggers die schakelaars door de keten konden doorgeven (in de praktijk werd hiervoor gebruikgemaakt van , typen lampen die geen vacuüm bevatten, maar een gas, en die in de aan-stand konden blijven nadat het gas volledig geïoniseerd was).
De Wynn-Williams-teller werd al snel een essentieel laboratoriuminstrument voor iedereen die zich bezighield met deeltjesfysica. Natuurkundigen bouwden hele kleine telstenen, vaak met drie cijfers erop (en dus met de mogelijkheid om tot zeven te tellen). voor een langzame mechanische teller en voor het registreren van gebeurtenissen die sneller plaatsvinden dan ze geregistreerd kunnen worden door een teller met langzaam bewegende mechanische onderdelen.
Maar in theorie zouden zulke tellers uitgebreid kunnen worden tot getallen van willekeurige grootte of precisie. Strikt genomen waren dit de eerste digitale, elektronische rekenmachines.
Atanasoff-Berry computer
Atanasov kende dit verhaal en was ervan overtuigd dat het mogelijk was een elektronische computer te bouwen. Maar hij gebruikte binaire tellers of flip-flops niet rechtstreeks. In eerste instantie probeerde hij licht aangepaste tellers te gebruiken als basis voor het telsysteem. Want wat is optellen anders dan herhaald tellen? Om een of andere reden kon hij de telcircuits echter niet betrouwbaar genoeg maken en moest hij zijn eigen optel- en vermenigvuldigingscircuits ontwikkelen. Hij kon geen flip-flops gebruiken om binaire getallen tijdelijk op te slaan, omdat hij een beperkt budget had en het ambitieuze doel om dertig coëfficiënten tegelijkertijd op te slaan. Zoals we straks zullen zien, had deze situatie ernstige gevolgen.
In 1939 had Atanasoff het ontwerp van zijn computer voltooid. Nu had hij een man met de juiste kennis nodig om het te bouwen. Hij vond zo iemand in Clifford Berry, een afgestudeerde ingenieur aan de Iowa State University. Tegen het einde van het jaar hadden Atanasoff en Berry een klein prototype gebouwd. Het jaar daarop voltooiden ze een volledige versie van de dertigcoëfficiëntencomputer. In de jaren zestig noemde een schrijver die hun verhaal opgroef het de Atanasoff-Berry Computer (ABC). Die naam is blijven hangen. Het was echter niet mogelijk om alle tekortkomingen te verhelpen. ABC gaf met name een fout van ongeveer één binair cijfer op 1960, wat fataal zou zijn voor elke grote berekening.
Clifford Berry en ABC in 1942
Bij Atanasov en zijn ABC vinden we echter de oorsprong en de oorsprong van alle moderne computers. Heeft hij (met de behulpzame hulp van Berry) niet de eerste binaire elektronische digitale computer gemaakt? Zijn dit niet de fundamentele kenmerken van de miljarden apparaten die economieën, samenlevingen en culturen over de hele wereld vormgeven en controleren?
Maar laten we teruggaan. De bijvoeglijke naamwoorden digitaal en binair zijn niet het exclusieve domein van ABC. Een voorbeeld is de Bell Complex Number Computer (CNC), die rond dezelfde tijd werd ontwikkeld. Het was een digitale, binaire, elektromechanische computer die in het complexe vlak kon rekenen. ABC en CNC leken ook op elkaar doordat ze problemen oplosten in een beperkt gebied en, in tegenstelling tot moderne computers, geen willekeurige reeks instructies konden accepteren.
Wat overblijft is "elektronisch". Hoewel de wiskundige kern van de ABC elektronisch was, werkte het apparaat op elektromechanische snelheden. Omdat Atanasoff en Berry om financiële redenen geen vacuümbuizen konden gebruiken om duizenden binaire cijfers op te slaan, gebruikten ze elektromechanische componenten om de klus te klaren. Enkele honderden triodes, die de basiswiskundige berekeningen uitvoerden, werden omringd door draaiende trommels en zoemende ponsmachines, waarin de tussenwaarden van alle rekenstappen werden opgeslagen.
Atanasoff en Berry voerden de heldhaftige taak uit om gegevens met ongelooflijke snelheid te lezen en te schrijven op ponskaarten. Dit deden ze door de kaarten elektrisch te verbranden in plaats van er mechanisch gaten in te boren. Maar dit leidde tot nieuwe problemen: de verbrandingsmachine was verantwoordelijk voor 1 fout op de 10000 getallen. Bovendien kon de machine, zelfs met de grootste inspanning, niet sneller dan één regel per seconde 'ponsen'. De ABC kon dus met elk van zijn dertig rekeneenheden slechts één berekening per seconde uitvoeren. De rest van de tijd stonden de vacuümbuizen werkloos. Ze trommelden ongeduldig met hun vingers op de tafel, terwijl de apparatuur er pijnlijk langzaam omheen draaide. Atanasov en Berry spanden het volbloedpaard voor een kar met hooi. (De leider van het ABC-reconstructieproject schatte in de jaren negentig de maximumsnelheid van de machine, rekening houdend met de tijd die nodig is om de taak in te stellen, op vijf optellingen of aftrekkingen per seconde. Dat is weliswaar sneller dan een menselijke rekenmachine, maar niet de snelheid die we associëren met elektronische computers.)
ABC-diagram. De trommels sloegen tijdelijke invoer- en uitvoersignalen op in condensatoren. Het thyratron-kaartponscircuit en de kaartlezer registreerden en lazen de resultaten van een volledige stap van het algoritme (waarbij één van de variabelen uit het stelsel van vergelijkingen werd geëlimineerd).
Het werk aan ABC kwam halverwege 1942 tot stilstand toen Atanasoff en Berry een contract tekenden voor de snelgroeiende Amerikaanse oorlogsmachine, die zowel hersenen als lichamen nodig had. Atanasoff werd naar het Naval Ordnance Laboratory in Washington geroepen om leiding te geven aan een team dat akoestische mijnen ontwikkelde. Berry trouwde met Atanasoffs secretaresse en vond een baan bij een militair aannemersbedrijf in Californië, zodat ze niet naar de oorlog hoefde. Atanasoff probeerde een tijdlang zijn creatie te patenteren in de staat Iowa, maar zonder succes. Na de oorlog pakte hij andere zaken op en werkte hij niet meer serieus met computers. De computer zelf werd in 1948 naar de vuilstort gebracht om ruimte te maken op kantoor voor een pas afgestudeerde van het instituut.
Misschien is Atanasov gewoon te vroeg begonnen met werken. Hij was afhankelijk van bescheiden universitaire subsidies en kon slechts een paar duizend dollar uitgeven aan de bouw van de ABC. Kosteneffectiviteit was daarom belangrijker dan alle andere overwegingen bij zijn project. Als hij had gewacht tot begin jaren veertig, had hij wellicht een overheidssubsidie gekregen voor een volledig functioneel elektronisch apparaat. En in de huidige staat – beperkt bruikbaar, moeilijk te bedienen, onbetrouwbaar, niet erg snel – was de ABC geen veelbelovende reclame voor de voordelen van elektronisch computergebruik. Ondanks de honger naar computers liet de Amerikaanse oorlogsmachine ABC in Ames, Iowa verroesten.
Computermachines van oorlog
De Eerste Wereldoorlog bracht een systeem van grootschalige investeringen in wetenschap en technologie op gang en bereidde dit systeem voor op de Tweede Wereldoorlog. Binnen enkele jaren was de praktijk van oorlogvoering op land en ter zee verschoven naar het gebruik van gifgas, magnetische mijnen, luchtverkenning, bombardementen, etc. Geen enkele politieke of militaire leider kon deze snelle veranderingen over het hoofd zien. Ze gingen zo snel dat het onderzoek al vroeg genoeg begon, en dat het de doorslag kon geven, de ene of de andere kant op.
De Verenigde Staten beschikten over voldoende materiaal en intelligentie (velen van hen waren gevlucht uit Hitler-Duitsland) en stonden ver af van de directe strijd om overleving en dominantie die andere landen troffen. Hierdoor kon het land deze les bijzonder duidelijk leren. Dit werd aangetoond door het feit dat er enorme industriële en intellectuele middelen werden geïnvesteerd in de ontwikkeling van het eerste atoomwapen. Een minder bekende, maar niet minder belangrijke of kleinere investering, was de investering in radartechnologie, gecentreerd bij het Rad Lab van MIT.
Het opkomende gebied van automatisch computergebruik ontving dus ook zijn deel van de militaire financiering, zij het op veel kleinere schaal. We hebben al gewezen op de diversiteit aan elektromechanische computerprojecten die uit de oorlog voortkwamen. Het potentieel van relaiscomputers was, relatief gesproken, bekend, aangezien er toen al jaren telefooncentrales met duizenden relais in gebruik waren. Elektronische componenten hebben hun functionaliteit op deze schaal nog niet bewezen. De meeste deskundigen waren ervan overtuigd dat een elektronische computer onvermijdelijk onbetrouwbaar zou zijn (ABC was een voorbeeld) of dat de productie ervan te lang zou duren. Ondanks de plotselinge toestroom van overheidsgeld, waren er maar weinig militaire elektronische computerprojecten. Er werden er maar drie gelanceerd, waarvan er maar twee tot werkende machines leidden.
In Duitsland bewees de telecommunicatie-ingenieur Helmut Schreyer aan zijn vriend Konrad Zuse de meerwaarde van een elektronische machine ten opzichte van de elektromechanische "V3" die Zuse voor de vliegtuigindustrie bouwde (later bekend als de Z3). Zuse stemde uiteindelijk in om met Schreyer aan een tweede project te werken en het Aeronautical Research Institute bood eind 100 aan om een prototype met 1941 buizen te financieren. De twee mannen pakten echter eerst oorlogswerk met een hogere prioriteit op, maar hun werk werd vertraagd door schade veroorzaakt door bombardementen. Als gevolg daarvan slaagden ze er nooit in om hun machine betrouwbaar te laten werken.
Zuse (rechts) en Schreyer (links) werken aan een elektromechanische computer in het Berlijnse appartement van Zuse's ouders
En de eerste elektronische computer die nuttig werk verrichtte, werd gecreëerd in een geheim laboratorium in Groot-Brittannië, waar een telecommunicatie-ingenieur een radicaal nieuwe aanpak voor klepgebaseerde cryptoanalyse bedacht. Dit verhaal vertellen we de volgende keer.
Wat moet je nog meer lezen:
• Alice R. Burks en Arthur W. Burks, De eerste elektronische computer: Het Atansoff-verhaal (1988)
• David Ritchie, De computerpioniers (1986)
• Jane Smiley, De man die de computer uitvond (2010)
Bron: www.habr.com
