Andere artikelen in de serie:
- Geschiedenis van het relais
- Geschiedenis van elektronische computers
- Geschiedenis van de transistor
- Internetgeschiedenis
Zoals we binnen zagen Radio- en telefooningenieurs ontdekten op zoek naar krachtigere versterkers een nieuw technologisch veld dat al snel elektronica werd genoemd. De elektronische versterker zou gemakkelijk kunnen worden omgezet in een digitale schakelaar, die op veel hogere snelheden werkt dan zijn elektromechanische neef, het telefoonrelais. Omdat er geen mechanische onderdelen waren, kon een vacuümbuis in een microseconde of minder worden in- en uitgeschakeld, in plaats van de tien milliseconden of meer die een relais nodig had.
Van 1939 tot 1945 werden drie computers gemaakt met behulp van deze nieuwe elektronische componenten. Het is geen toeval dat de data van hun bouw samenvallen met de periode van de Tweede Wereldoorlog. Dit conflict – ongeëvenaard in de geschiedenis in de manier waarop het mensen aan de strijdwagen spande – veranderde voor altijd de relatie tussen staten en tussen wetenschap en technologie, en bracht ook een groot aantal nieuwe apparaten op de wereld.
De verhalen van de drie eerste elektronische computers zijn verweven met oorlog. De eerste was gewijd aan het ontcijferen van Duitse berichten en bleef onder de dekmantel van geheimhouding tot de jaren zeventig, toen het niet langer van enig ander belang was dan historisch. De tweede waar de meeste lezers van hadden moeten horen was ENIAC, een militaire rekenmachine die te laat klaar was om te helpen in de oorlog. Maar hier kijken we naar de vroegste van deze drie machines, het geesteskind van .
Atanasov
In 1930 kwam Atanasov, de in Amerika geboren zoon van een emigrant, uit , bereikte eindelijk zijn jeugddroom en werd theoretisch natuurkundige. Maar zoals bij de meeste van dergelijke ambities was de realiteit niet wat hij verwachtte. In het bijzonder moest Atanasov, net als de meeste studenten techniek en natuurwetenschappen in de eerste helft van de twintigste eeuw, lijden onder de pijnlijke lasten van voortdurende berekeningen. Zijn proefschrift aan de Universiteit van Wisconsin over de polarisatie van helium vergde acht weken lang saaie berekeningen met een mechanische bureaurekenmachine.
John Atanasov in zijn jeugd
In 1935 besloot Atanasov, nadat hij al een positie als professor aan de Universiteit van Iowa had aanvaard, iets aan deze 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 beperkingen en onnauwkeurigheid en besloot een digitale machine te bouwen die getallen behandelde als discrete waarden in plaats van als continue metingen. Vanaf zijn jeugd was hij bekend met het binaire getalsysteem en begreep dat dit veel beter in de aan/uit-structuur van een digitale schakelaar past dan de gebruikelijke decimale getallen. Daarom besloot hij een binaire machine te maken. En ten slotte besloot hij dat het, om het snelste en meest flexibele te maken, elektronisch moest zijn en vacuümbuizen moest gebruiken voor berekeningen.
Atanasov moest ook beslissen over de probleemruimte: voor welk soort berekeningen zou zijn computer geschikt moeten zijn? Als gevolg hiervan besloot hij dat hij zich zou gaan bezighouden met het oplossen van stelsels van lineaire vergelijkingen, door deze terug te brengen tot één enkele variabele (met behulp van ) – dezelfde berekeningen die zijn proefschrift domineerden. Het ondersteunt maximaal dertig vergelijkingen, met elk maximaal dertig variabelen. Zo'n computer zou problemen kunnen oplossen die belangrijk zijn voor wetenschappers en ingenieurs, en tegelijkertijd lijkt hij niet ongelooflijk complex.
Kunstwerk
Halverwege de jaren dertig was de elektronische technologie extreem gediversifieerd geworden sinds haar oorsprong 1930 jaar eerder. Twee ontwikkelingen waren bijzonder geschikt voor het project van Atanasov: een triggerrelais en een elektronische meter.
Sinds de 1918e eeuw beschikken telegraaf- en telefooningenieurs over een handig apparaatje, een schakelaar genaamd. Een schakelaar is een bistabiel relais dat permanente magneten gebruikt om het in de staat te houden waarin je het hebt gelaten (open of gesloten) totdat het een elektrisch signaal ontvangt om van status te wisselen. Maar vacuümbuizen waren hiertoe niet in staat. Ze hadden geen mechanische component en konden "open" of "gesloten" zijn terwijl er wel of geen elektriciteit door het circuit stroomde. In 1 verbond twee Britse natuurkundigen, William Eccles en Frank Jordan, twee lampen met draden om een ‘triggerrelais’ te creëren – een elektronisch relais dat constant aan blijft nadat het door een eerste impuls is ingeschakeld. Eccles en Jordan creëerden hun systeem voor telecommunicatiedoeleinden aan het einde van de Eerste Wereldoorlog voor de Britse Admiraliteit. Maar het Eccles-Jordan-circuit, dat later bekend werd als de trigger [Engels. flip-flop] kan ook worden beschouwd als een apparaat voor het opslaan van een binair cijfer - 0 als het signaal wordt verzonden, en anders XNUMX. Op deze manier was het via n flip-flops mogelijk om een binair aantal van n bits weer te geven.
Ongeveer tien jaar na de trigger vond de tweede grote doorbraak in de elektronica plaats, die in botsing kwam met de computerwereld: elektronische meters. Opnieuw werd verveling, zoals vaak gebeurde in de vroege geschiedenis van de computer, de moeder van de uitvindingen. Natuurkundigen die de emissie van subatomaire deeltjes bestudeerden, moesten luisteren naar klikken of urenlang fotografische gegevens bestuderen, waarbij ze het aantal detecties moesten tellen om de snelheid van deeltjesemissie van verschillende stoffen te meten. Mechanische of elektromechanische meters waren een verleidelijke optie om deze acties te vergemakkelijken, maar ze bewogen 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 in het Cavendish Laboratory in Cambridge. Wynne-Williams had een talent voor elektronica en had al buizen (of kleppen, zoals ze in Groot-Brittannië werden genoemd) gebruikt om versterkers te maken die het mogelijk maakten om te horen wat er met deeltjes gebeurde. Begin jaren dertig realiseerde hij zich dat kleppen konden worden gebruikt om een teller te creëren, die hij een ‘teller op binaire schaal’ noemde, dat wil zeggen een binaire teller. In wezen was het een set flip-flops die schakelaars in de keten konden overbrengen (in de praktijk werd dit gebruikt). , soorten lampen die geen vacuüm bevatten, maar een gas, dat na volledige ionisatie van het gas in de aan-stand kan blijven staan).
De Wynne-Williams-teller werd al snel een van de noodzakelijke laboratoriumapparaten voor iedereen die betrokken was bij deeltjesfysica. Natuurkundigen bouwden zeer kleine tellers, die vaak drie cijfers bevatten (dat wil zeggen tot zeven konden tellen). voor een langzame mechanische meter, en voor het opnemen van gebeurtenissen die sneller plaatsvinden dan een meter met langzaam bewegende mechanische onderdelen zou kunnen opnemen.
Maar in theorie zouden dergelijke tellers kunnen worden uitgebreid tot getallen van willekeurige grootte of nauwkeurigheid. Dit waren strikt genomen de eerste digitale elektronische rekenmachines.
Atanasov-Berry-computer
Atanasov kende dit verhaal, dat hem overtuigde van de mogelijkheid om een elektronische computer te bouwen. Maar hij maakte niet direct gebruik van binaire tellers of flip-flops. In eerste instantie probeerde hij als basis voor het telsysteem licht gewijzigde tellers te gebruiken - wat is tenslotte optellen als het niet herhaald tellen is? Maar om de een of andere reden kon hij de telcircuits 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 een ambitieus doel had om dertig coëfficiënten tegelijk op te slaan. Zoals we snel zullen zien, had deze situatie ernstige gevolgen.
In 1939 was Atanasov klaar met het ontwerpen van zijn computer. Nu had hij iemand nodig met de juiste kennis om het te bouwen. Hij vond zo iemand in een afgestudeerde ingenieur van het Iowa State Institute, genaamd Clifford Berry. Tegen het einde van het jaar hadden Atanasov en Berry een klein prototype gebouwd. Het jaar daarop voltooiden ze een volledige versie van de computer met dertig coëfficiënten. In de jaren zestig noemde een schrijver die hun geschiedenis opgroef het de Atanasoff-Berry Computer (ABC), en de naam bleef hangen. Alle tekortkomingen konden echter niet worden geëlimineerd. In het bijzonder had ABC een fout van ongeveer één binair cijfer op 1960, wat fataal zou zijn voor elke grote berekening.
Clifford Berry en ABC in 1942
In Atanasov en zijn ABC zijn echter de wortels en de bron van alle moderne computers te vinden. Heeft hij niet (met de bekwame hulp van Berry) 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 aandrijven?
Maar laten we teruggaan. De bijvoeglijke naamwoorden digitaal en binair zijn niet het domein van ABC. De Bell Complex Number Computer (CNC), die rond dezelfde tijd werd ontwikkeld, was bijvoorbeeld een digitale, binaire, elektromechanische computer die in staat was om op het complexe vlak te rekenen. Bovendien waren ABC en CNC vergelijkbaar in die zin dat ze problemen op een beperkt gebied oplosten en, in tegenstelling tot moderne computers, geen willekeurige reeks instructies konden accepteren.
Wat overblijft is “elektronisch”. Maar hoewel de wiskundige ingewanden van ABC elektronisch waren, werkte het met elektromechanische snelheden. Omdat Atanasov en Berry financieel niet in staat waren vacuümbuizen te gebruiken om duizenden binaire cijfers op te slaan, gebruikten ze hiervoor elektromechanische componenten. Enkele honderden triodes, die wiskundige basisberekeningen uitvoerden, werden omringd door roterende trommels en zoemende ponsmachines, waar tussenwaarden van alle rekenstappen werden opgeslagen.
Atanasov en Berry hebben op heldhaftige wijze gegevens met enorme snelheid op ponskaarten gelezen en geschreven door ze met elektriciteit te verbranden in plaats van ze mechanisch te ponsen. Maar dit leidde tot zijn eigen problemen: het was het verbrandingsapparaat dat verantwoordelijk was voor 1 fout per 10000 nummers. Bovendien kon de machine, zelfs op zijn best, niet sneller dan één regel per seconde "ponsen", zodat ABC met elk van zijn dertig rekeneenheden slechts één berekening per seconde kon uitvoeren. De rest van de tijd stonden de vacuümbuizen stil, ongeduldig ‘met hun vingers op de tafel trommelend’, terwijl al deze machines pijnlijk langzaam om hen heen draaiden. Atanasov en Berry spanden het volbloedpaard voor de hooiwagen. (De leider van het project om ABC in de jaren negentig opnieuw te creëren schatte de maximale snelheid van de machine, rekening houdend met alle tijd die werd besteed, inclusief het werk van de operator aan het specificeren van de taak, op vijf optellingen of aftrekkingen per seconde. Dit is natuurlijk is sneller dan een menselijke computer, maar niet dezelfde snelheid, die we associëren met elektronische computers.)
ABC-diagram. De drums sloegen tijdelijke invoer en uitvoer op condensatoren op. Het thyratron-kaartponscircuit en de kaartlezer registreerden en lazen de resultaten van een hele stap van het algoritme (waarbij een van de variabelen uit het systeem van vergelijkingen werd geëlimineerd).
Het werk aan ABC kwam halverwege 1942 tot stilstand toen Atanasoff en Berry zich aanmeldden voor de snelgroeiende Amerikaanse oorlogsmachine, waarvoor zowel hersenen als lichamen nodig waren. Atanasov werd naar het Naval Ordnance Laboratory in Washington geroepen om leiding te geven aan een team dat akoestische mijnen ontwikkelde. Berry trouwde met de secretaris van Atanasov en vond een baan bij een militair contractbedrijf in Californië om te voorkomen dat hij voor de oorlog zou worden opgeroepen. Atanasov probeerde enige tijd zijn creatie te patenteren in de staat Iowa, maar het mocht niet baten. Na de oorlog ging hij andere dingen doen en hield hij zich niet meer serieus met computers bezig. De computer zelf werd in 1948 naar een stortplaats gestuurd om op kantoor ruimte te maken voor een pas afgestudeerde van het instituut.
Misschien begon Atanasov gewoon te vroeg met werken. Hij vertrouwde op bescheiden universiteitssubsidies en kon slechts een paar duizend dollar uitgeven om ABC te creëren, zodat de economie alle andere zorgen in zijn project te boven ging. Als hij tot begin jaren veertig had gewacht, had hij misschien een overheidssubsidie gekregen voor een volwaardig elektronisch apparaat. En in deze staat – beperkt in gebruik, moeilijk te controleren, onbetrouwbaar, niet erg snel – was ABC geen veelbelovende reclame voor de voordelen van elektronisch computergebruik. De Amerikaanse oorlogsmachine liet ABC, ondanks al zijn computerhonger, roesten in de stad Ames, Iowa.
Computermachines van oorlog
De Eerste Wereldoorlog creëerde en lanceerde een systeem van enorme investeringen in wetenschap en technologie, en bereidde het voor op de Tweede Wereldoorlog. Binnen slechts een paar jaar schakelde de praktijk van oorlogvoering te land en ter zee over op het gebruik van gifgassen, magnetische mijnen, luchtverkenning en bombardementen, enzovoort. Geen enkele politieke of militaire leider zou zulke snelle veranderingen kunnen opmerken. Ze waren zo snel dat onderzoek dat vroeg genoeg begon de balans in de ene of de andere richting kon laten doorslaan.
De Verenigde Staten beschikten over voldoende materiaal en hersens (van wie velen het Duitsland van Hitler waren ontvlucht) en hielden zich afzijdig van de directe strijd om overleving en dominantie waarmee andere landen te kampen hadden. Hierdoor kon het land deze les bijzonder duidelijk leren. Dit kwam tot uiting in het feit dat enorme industriële en intellectuele middelen werden besteed aan de creatie van het eerste atoomwapen. Een minder bekende, maar even belangrijke of kleinere investering was de investering in radartechnologie in het Rad Lab van MIT.
Het opkomende gebied van automatisch computergebruik ontving dus zijn aandeel in de militaire financiering, zij het op veel kleinere schaal. We hebben al gewezen op de verscheidenheid aan elektromechanische computerprojecten die door de oorlog zijn gegenereerd. Het potentieel van op relais gebaseerde computers was relatief gezien bekend, aangezien telefooncentrales met duizenden relais tegen die tijd al vele jaren in bedrijf waren. Elektronische componenten hebben hun prestaties nog niet op een dergelijke schaal bewezen. De meeste deskundigen waren van mening dat de bouw van een elektronische computer onvermijdelijk onbetrouwbaar zou zijn (ABC was een voorbeeld) of te lang zou duren. Ondanks de plotselinge toevloed van overheidsgeld waren er maar weinig militaire elektronische computerprojecten. Er werden er slechts drie gelanceerd, en slechts twee daarvan resulteerden in operationele machines.
In Duitsland bewees telecommunicatie-ingenieur Helmut Schreyer aan zijn vriend Konrad Zuse de waarde van de elektronische machine boven de elektromechanische "V3" die Zuse aan het bouwen was voor de luchtvaartindustrie (later bekend als de Z3). Zuse stemde er uiteindelijk mee in om samen 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. Maar de twee mannen begonnen eerst met oorlogswerk met een hogere prioriteit en daarna werd hun werk ernstig vertraagd door bombardementen, waardoor ze hun machine niet betrouwbaar aan het werk konden krijgen.
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 deed, werd gemaakt in een geheim laboratorium in Groot-Brittannië, waar een telecommunicatie-ingenieur een radicaal nieuwe benadering van op kleppen gebaseerde cryptanalyse voorstelde. Dit verhaal zullen we de volgende keer onthullen.
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 heeft uitgevonden (2010)
Bron: www.habr.com