Andere artikelen in de serie:
- De geschiedenis van relais
- De geschiedenis van elektronische computers
- De geschiedenis van de transistor
- De geschiedenis van het internet
Zoals we zagen in , radio- en telefooningenieurs op zoek naar krachtiger versterkers ontdekten een nieuw technologisch gebied dat snel 'elektronica' werd genoemd. Een elektronische versterker kon gemakkelijk worden omgevormd tot een digitale schakelaar, die veel sneller werkte dan zijn elektromechanische neef ā het telefoonrelais. Door het ontbreken van mechanische onderdelen kon de elektronenbuis binnen een microseconde of zelfs sneller in- en uitgeschakeld worden, in plaats van de tien milliseconden of meer die een relais vereiste.
Tussen 1939 en 1945 werden op basis van deze nieuwe elektronische componenten drie computers gebouwd. De datums van hun bouw vallen niet toevallig samen met de periode van de Tweede Wereldoorlog. Dit conflict ā ongekend in de geschiedenis door hoe het mensen in de juk van de oorlogswarrior dreef ā veranderde de relaties zowel tussen de staten als tussen wetenschap en technologie voor altijd, en bracht een groot aantal nieuwe apparaten in de wereld.
De verhalen van de drie eerste elektronische computers zijn verweven met de oorlog. De eerste was gewijd aan het ontcijferen van Duitse berichten en bleef tot de jaren zeventig geheim, toen het geen historisch belang meer had. De tweede, waar de meeste lezers waarschijnlijk van gehoord hebben, was ENIAC, een militaire rekenmachine, die te laat werd voltooid om in de oorlog behulpzaam te zijn. Maar hier zullen we de vroegste van deze drie machines bespreken, het geesteskind .
Atanasoff
In 1930 bereikte Atanasoff, de in Amerika geboren zoon van een immigrant uit , eindelijk zijn jeugdige droom en werd theoretisch fysicus. Maar, zoals met de meeste van dit soort aspiraties, bleek de realiteit niet te zijn wat hij had gehoopt. In het bijzonder, zoals de meeste studenten van de elektrotechniek en natuurkunde in de eerste helft van de 20e eeuw, moest Atanasoff lijden onder de pijnlijke lasten van constante berekeningen. Zijn dissertatie aan de Universiteit van Wisconsin over de polarisatie van helium vereiste acht weken van saaie berekeningen met een mechanische rekenmachine.
John Atanasoff in zijn jeugd
In 1935, having already taken a position as a professor at Iowa State University, Atanasoff decided to do something about this burden. He started to consider possible ways to build a new, more powerful computing machine. Rejecting analog methods (such as MIT's differential analyzer) due to limitations and inaccuracies, he decided to construct a digital machine that worked with numbers as discrete values rather than as continuous measurements. He had been familiar with the binary numbering system since his youth and understood that it fit much better into the structure of on/off digital switches than the familiar decimal numbers. Therefore, he decided to create a binary machine. Finally, he concluded that in order for it to be the fastest and most flexible, it should be electronic and use electronic tubes for computation.
Atanasoff also had to determine the problem domain ā for which specific calculations should his computer be suitable? Ultimately, he decided that he would focus on solving systems of linear equations, reducing them to a single variable (using ) ā the same calculations that predominated in his dissertation. He would support up to thirty equations, with up to thirty variables in each. Such a computer could solve important tasks for scientists and engineers, and at the same time did not seem incredibly complex.
A work of art
By the mid-1930s, electronic technology had reached an extraordinary variety compared to its origins, which had emerged 25 years earlier. Two developments were particularly well-suited for Atanasoff's project: the relay-trigger and the electronic counter.
Sinds de 19e eeuw hadden ingenieurs van de telegraphie en telefonie een handig apparaat beschikbaar, genaamd de schakelaar. Een schakelaar is een bistabiel relais dat gebruikmaakt van permanente magneten om het in de staat te houden waarin je het hebt achtergelaten - open of gesloten - totdat het een elektrisch signaal ontvangt om van toestand te wisselen. Maar elektronische lampen konden dit niet. Ze hadden geen mechanisch onderdeel en konden "open" of "gesloten" zijn zolang de elektriciteit door de schakeling stroomde of niet. In 1918 sloten twee Britse fysici, William Eccles en Frank Jordan, twee lampen aan zodat er een "trigger-relais" ontstond - een elektronisch relais dat continu ingeschakeld bleef na het inschakelen door een initiƫle impuls. Eccles en Jordan creƫerden hun systeem voor telecommunicatiedoeleinden voor de Britse admiraliteit aan het einde van de Eerste Wereldoorlog. Maar de schakeling van Eccles-Jordan, later bekend geworden als de flip-flop, kon ook worden gezien als een apparaat voor het opslaan van een binaire cijfer - 1 als het signaal wordt doorgegeven en 0 in het andere geval. Op deze manier konden n triggers een binaire waarde van n-bits representeren.
Ongeveer tien jaar na de trigger kwam er een tweede belangrijke doorbraak in de elektronica, die de wereld van de computertechnologie beĆÆnvloedde: elektronische tellers. En opnieuw, zoals vaak het geval was in de vroege geschiedenis van computertechnologie, werd verveling de moeder van de uitvinding. Fysici die subatomaire deeltjes bestudeerden, moesten ofwel klikken horen of urenlang fotografische opnamen bestuderen, waarbij ze het aantal detecties telden om de snelheid van straling door verschillende materialen te meten. Mechanische of elektromagnetische tellers boden een aantrekkelijke mogelijkheid om deze taken te vergemakkelijken, maar ze waren te langzaam: ze konden niet een groot aantal gebeurtenissen registreren die met milliseconden tussenpozen plaatsvonden.
Een sleutelpersoon in het oplossen van dit probleem was , werkend onder leiding van Ernest Rutherford in het Cavendish Laboratory in Cambridge. Wynn-Williams was bedreven in elektronica en had al buizen (of kleppen, zoals ze in Groot-BrittanniĆ« werden genoemd) gebruikt voor het creĆ«ren van versterkers, waarmee gebeurtenissen in deeltjes konden worden waargenomen. Begin jaren '30 realiseerde hij zich dat de kleppen konden worden gebruikt voor het maken van een teller, die hij de 'binaire schaalmeter' noemde ā dat wil zeggen, een binaire teller. In essentie was het een set van triggers die schakelingen omhoog in de keten konden doorgeven (in de praktijk gebruikte hij , lampen die geen vacuĆ¼m bevatten, maar gas, dat ingeschakeld kon blijven na volledige ionisatie van het gas).
De teller van Wynn-Williams werd snel een essentieel laboratoriumapparaat voor iedereen die zich bezighield met de deeltjesfysica. Fysici bouwden zeer kleine tellers, vaak met drie cijfers (dat wil zeggen, in staat om tot zeven te tellen). voor een langzame mechanische teller, en om gebeurtenissen vast te leggen die sneller plaatsvonden dan de teller met langzaam bewegende mechanische delen kon registreren.
Maar in theorie konden dergelijke tellers worden uitgebreid naar getallen van willekeurige grootte of precisie. Dit waren, strikt genomen, de eerste digitale elektronische telmachines.
De Atanasoff-Berry Computer
Atanasoff was bekend met dit verhaal, wat hem overtuigde van de mogelijkheid om een elektronische computer te bouwen. Maar hij gebruikte niet rechtstreeks binaire tellers of triggers. In eerste instantie probeerde hij voor de basis van het tel systeem iets aangepaste tellers te gebruiken ā tenslotte, wat is optellen, als het geen herhaald tellen is? Maar om de een of andere reden lukte het hem niet om de telcircuits betrouwbaar genoeg te maken, en hij moest zijn eigen schemaās voor optellen en vermenigvuldigen ontwikkelen. Hij kon geen triggers gebruiken voor tijdelijke opslag van binaire getallen, omdat hij een beperkt budget had, en er was een ambitieuze doelstelling om dertig coĆ«fficiĆ«nten gelijktijdig op te slaan. Zoals we binnenkort zullen zien, had deze situatie ernstige gevolgen.
Tegen 1939 had Atanasoff het ontwerp van zijn computer afgerond. Nu had hij iemand nodig met de juiste kennis om deze te bouwen. Hij vond zo iemand in de persoon van Clifford Berry, een afgestudeerde van de engineeringafdeling van de Iowa State Institute. Tegen het einde van het jaar hadden Atanasoff en Berry een klein prototype gebouwd. Het jaar daarop voltooiden ze de volledige versie van de computer met dertig coefficiƫnten. In de jaren '60 noemde een schrijver die hun verhaal ontdekte het de Atanasoff-Berry Computer (ABC), en de naam bleef hangen. Echter, niet alle tekortkomingen konden worden verholpen. In het bijzonder gaf de ABC een fout van ongeveer ƩƩn binaire bit per 10.000, wat fataal zou zijn voor elke grootschalige berekening.
Clifford Berry en ABC in 1942
Toch kunnen we in Atanasoff en zijn ABC de wortels en bronnen van alle moderne computers vinden. Heeft hij (met de vaardige hulp van Berry) niet de eerste binaire elektronische digitale computer gecreƫerd? Zijn deze kenmerken niet de belangrijkste eigenschappen van miljarden apparaten die de economie, de maatschappij en de cultuur over de hele wereld vormen en beheren?
Maar laten we teruggaan. De bijvoeglijke naamwoorden digitaal en binair zijn niet exclusief voor ABC. Bijvoorbeeld, de Bell Complex Number Computer (CNC), die ongeveer in dezelfde tijd werd ontwikkeld, was een digitale, binaire, elektromechanische computer die berekeningen op de complexe vlak kon uitvoeren. Ook ABC en CNC waren vergelijkbaar in die zin dat ze problemen in een beperkt domein oplosten, en in tegenstelling tot moderne computers niet in staat waren om willekeurige reeks instructies te accepteren.
Het blijft nog 'elektronisch'. Maar hoewel de wiskundige inwendige werking van de ABC elektronisch was, werkte hij op elektromechanische snelheden. Omdat Atanasoff en Berry om financiƫle redenen geen elektronische buizen konden gebruiken om duizenden binaire cijfers op te slaan, maakten ze hiervoor gebruik van elektromechanische componenten. Enkele honderden triodes die de basisberekeningen uitvoerden, waren omgeven door draaiende trommels en zoemende perforatiemachines, waar de tussenresultaten van alle rekenstappen werden opgeslagen.
Atanasov en Berry hebben een heroĆÆsche prestatie geleverd door gegevens met enorme snelheid op perforatiekaarten te lezen en te schrijven, door ze elektrisch te branden in plaats van ze mechanisch door te perforeren. Maar dit bracht zijn eigen problemen met zich mee: de apparatuur voor het branden was verantwoordelijk voor 1 fout per 10.000 cijfers. Bovendien kon de machine, zelfs met hun grootste inspanningen, niet sneller dan Ć©Ć©n regel per seconde 'perforeren', waardoor ABC slechts Ć©Ć©n berekening per seconde kon uitvoeren met elk van de dertig rekenapparaten. De rest van de tijd zaten de elektronbuizen werkloos te wachten, ongeduldig 'met hun vingers op de tafel trommelend', terwijl de hele machine tergend langzaam om hen heen draaide. Atanasov en Berry bonden een afstammingspaard aan een wagen met hooi. (De projectleider die in de jaren '90 de ABC reconstrueerde, schatte de maximale snelheid van de machine, rekening houdend met alle tijdsverliezen, inclusief de tijd van de operator voor het geven van opdrachten, op vijf optellingen of aftrekkingen per seconde. Dit is natuurlijk sneller dan een menselijke rekenaar, maar het is niet de snelheid die we associĆ«ren met elektronische computers.)
Schema van de ABC. De trommels slaagden tijdelijk in de input en output op condensatoren. De thyratroncircuits voor het perforeren van kaarten en de kaartlezer registreerden en lazen de resultaten van een volledige stap van het algoritme (door een van de variabelen uit het stelsel van vergelijkingen te verwijderen).
Het werk aan de ABC stagneerde halverwege 1942, toen Atanasov en Berry zich aanmeldden bij de snelgroeiende militaire machine van de VS, waar niet alleen lichamen, maar ook verstand nodig waren. Atanasov werd opgeroepen naar het Marine Artillerie Laboratorium in Washington, waar hij leiding gaf aan een team dat acoustische mijnen ontwikkelde. Berry trouwde met de secretaresse van Atanasov en vond werk bij een bedrijf in Californiƫ dat voor het leger werkte, zodat hij niet naar de oorlog werd opgeroepen. Atanasov heeft enige tijd geprobeerd zijn uitvinding te patenteren in de staat Iowa, maar zonder succes. Na de oorlog ging hij andere dingen doen en hield hij zich niet meer serieus bezig met computers. De computer zelf werd in 1948 naar de vuilnisbelt gestuurd om plaats te maken in het kantoor voor een nieuwe afgestudeerde.
Misschien begon Atanasov gewoon te vroeg met werken. Hij baseerde zich op bescheiden universitaire subsidies en kon slechts enkele duizenden dollars besteden aan de oprichting van ABC, waardoor spaarzaamheid alle andere problemen in zijn project verdrong. Als hij tot het begin van de jaren veertig had gewacht, had hij een overheidsubsidie kunnen krijgen voor een volledig elektronisch apparaat. En in die staat ā met beperkte toepassingen, complexe bediening, onbetrouwbaar, niet erg snel ā werd ABC niet veelbelovend als reclame voor de voordelen van elektronische berekeningen. Ondanks de enorme honger naar berekeningen liet de Amerikaanse militaire machine ABC verroesten in het stadje Ames, Iowa.
Oorlogscomputers
De Eerste Wereldoorlog creƫerde en lanceerde een systeem van massale investeringen in wetenschap en technologie, en bereidde het voor op de Tweede Wereldoorlog. In slechts enkele jaren evolueerde de oorlogsvoering op land en zee naar het gebruik van chemische wapens, magnetische mijnen, luchtverkenning en bombardementen, enzovoort. Geen enkele politieke of militaire leider kon zulke snelle veranderingen negeren. Ze waren zo snel dat onderzoek dat vroeg begon, de balans in de ene of andere richting kon doen doorslaan.
In de VS waren er genoeg materialen en geesten (vele van hen vluchtten uit het nazistische Duitsland), en ze bevonden zich buiten de directe gevechten om overlevings- en dominantiekwesties, die andere landen raakten. Dit stelde het land in staat deze les bijzonder duidelijk te leren. Dit kwam tot uiting in het feit dat enorme industriƫle en intellectuele middelen werden aangewend voor de creatie van de eerste atoombom. Een minder bekende, maar niet minder belangrijke of minder omvangrijke investering was de inzet voor de ontwikkeling van radartechnologie, waarvan het centrum zich in het MIT in Rad Lab bevond.
Zo kreeg de opkomende wereld van automatische berekeningen haar aandeel in militaire financiering, zij het op een veel kleinere schaal. We hebben al de diversiteit aan elektromechanische rekenprojecten genoemd die door de oorlog zijn voortgebracht. Het potentieel van relais-gebaseerde computers was, relatief gesproken, bekend, aangezien telefooncentrales met duizenden relais al vele jaren functioneerden. Elektronische componenten hadden hun werkzaamheid op dergelijke schaal nog niet bewezen. De meeste deskundigen waren van mening dat elektronische computers onvermijdelijk onbetrouwbaar zouden zijn (ABC was een voorbeeld), of dat de bouw ervan te veel tijd zou vergen. Ondanks de plotselinge toename van overheidsfinanciering waren er weinig militaire projecten voor elektronische berekeningen, en ze waren zeldzaam. Er werden slechts drie gestart, en daarvan leidde er slechts twee tot de ontwikkeling van werkende machines.
In Duitsland bewees telecommunicatie-ingenieur Helmut Schreyer aan zijn vriend Konrad Zuse de waarde van de elektronische machine ten opzichte van de elektromechanische 'V3', die Zuse bouwde voor de luchtvaartindustrie (later bekend als Z3). Uiteindelijk stemde Zuse ermee in om samen met Schreyer aan een tweede project te werken, en het Onderzoeksinstituut voor Luchtvaart bood aan om de prototype met 100 buizen te financieren aan het einde van 1941. Maar de twee mannen waren aanvankelijk bezig met meer dringende militaire werkzaamheden, en hun werk werd vervolgens sterk vertraagd door schade veroorzaakt door bombardementen, waardoor ze er niet in slaagden om hun machine betrouwbaar te laten functioneren.
Zuse (rechts) en Schreyer (links) werken aan de elektromechanische computer in het appartement van Zuse's ouders in Berlijn.
De eerste elektronische computer die nuttig werk verrichtte, werd in een geheim laboratorium in Groot-Brittanniƫ ontwikkeld, waar een telecommunicatie-ingenieur een nieuwe radicaal andere benadering van crypto-analyse voorstelde, gebaseerd op kleppen. Dit verhaal zullen we de volgende keer onthullen.
Wat je ook kunt lezen:
ā¢ Alice R. Burks en Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
ā¢ David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
ā¢ Jane Smiley, The man Who Invented the Computer (2010)
Bron: habr.com
