Andre artikler i serien:
- Historien til stafetten
- Elektroniske datamaskiners historie
- Transistorens historie
- Internett-historie
Som vi så inn , oppdaget radio- og telefoningeniører på jakt etter kraftigere forsterkere et nytt teknologisk felt som raskt ble kalt elektronikk. Den elektroniske forsterkeren kan enkelt gjøres om til en digital bryter, som opererer med mye høyere hastigheter enn sin elektromekaniske fetter, telefonreléet. Fordi det ikke var noen mekaniske deler, kunne et vakuumrør slås av og på på et mikrosekund eller mindre, i stedet for de ti millisekunder eller mer som kreves av et relé.
Fra 1939 til 1945 ble tre datamaskiner laget med disse nye elektroniske komponentene. Det er ingen tilfeldighet at datoene for konstruksjonen deres faller sammen med perioden fra andre verdenskrig. Denne konflikten – uten sidestykke i historien i måten den førte folk til krigens vogn – forandret for alltid forholdet mellom stater og mellom vitenskap og teknologi, og brakte også et stort antall nye enheter til verden.
Historiene om de tre første elektroniske datamaskinene er sammenvevd med krig. Den første var viet til å tyde tyske meldinger, og forble under dekke av hemmelighold til 1970-tallet, da den ikke lenger var av annen interesse enn historisk. Den andre som de fleste lesere burde ha hørt om var ENIAC, en militær kalkulator som ble fullført for sent til å hjelpe i krigen. Men her ser vi på den tidligste av disse tre maskinene, ideen om .
Atanasov
I 1930, Atanasov, den amerikanskfødte sønnen til en emigrant fra , oppnådde til slutt sin ungdomsdrøm og ble en teoretisk fysiker. Men, som med de fleste slike ambisjoner, var ikke virkeligheten som han forventet. Spesielt, som de fleste studenter ved ingeniør- og naturvitenskap i første halvdel av XNUMX-tallet, måtte Atanasov lide av de smertefulle byrdene av konstante beregninger. Avhandlingen hans ved University of Wisconsin om polarisering av helium krevde åtte uker med kjedelige beregninger ved hjelp av en mekanisk skrivebordskalkulator.
John Atanasov i sin ungdom
I 1935, etter å ha akseptert en stilling som professor ved University of Iowa, bestemte Atanasov seg for å gjøre noe med denne byrden. Han begynte å tenke på mulige måter å bygge en ny, kraftigere datamaskin. Han avviste analoge metoder (som MIT-differensialanalysatoren) på grunn av begrensning og unøyaktighet, og bestemte seg for å bygge en digital maskin som behandlet tall som diskrete verdier i stedet for som kontinuerlige målinger. Fra ungdommen var han kjent med det binære tallsystemet og forsto at det passer mye bedre inn i på/av-strukturen til en digital bryter enn de vanlige desimaltallene. Så han bestemte seg for å lage en binær maskin. Og til slutt bestemte han seg for at for at det skal være raskest og mest fleksibelt, bør det være elektronisk, og bruke vakuumrør til beregninger.
Atanasov måtte også bestemme seg for problemområdet - hva slags beregninger skulle datamaskinen hans være egnet for? Som et resultat bestemte han seg for at han ville takle å løse systemer med lineære ligninger, redusere dem til en enkelt variabel (ved å bruke )—de samme beregningene som dominerte avhandlingen hans. Den vil støtte opptil tretti ligninger, med opptil tretti variabler hver. En slik datamaskin kan løse problemer som er viktige for forskere og ingeniører, og samtidig ser den ikke ut til å være utrolig kompleks.
Kunststykke
På midten av 1930-tallet hadde elektronisk teknologi blitt ekstremt diversifisert fra sin opprinnelse 25 år tidligere. To utviklinger var spesielt godt egnet for Atanasovs prosjekt: et triggerrelé og en elektronisk måler.
Siden 1918-tallet har telegraf- og telefoningeniører hatt til rådighet en hendig enhet kalt en bryter. En bryter er et bistabilt relé som bruker permanente magneter for å holde det i tilstanden du la det i - åpent eller lukket - til det mottar et elektrisk signal for å bytte tilstand. Men vakuumrør var ikke i stand til dette. De hadde ingen mekanisk komponent og kunne være "åpne" eller "lukkede" mens elektrisitet var eller ikke strømmet gjennom kretsen. I 1 koblet to britiske fysikere, William Eccles og Frank Jordan, to lamper med ledninger for å lage et "trigger relé" - et elektronisk relé som forblir konstant på etter å ha blitt slått på av en første impuls. Eccles og Jordan opprettet systemet sitt for telekommunikasjonsformål for det britiske admiralitetet på slutten av første verdenskrig. Men Eccles-Jordan-kretsen, som senere ble kjent som triggeren [engelsk. flip-flop] kan også betraktes som en enhet for lagring av et binært siffer - 0 hvis signalet sendes, og XNUMX ellers. På denne måten var det gjennom n flip-flops mulig å representere et binært antall n biter.
Omtrent ti år etter utløseren skjedde det andre store gjennombruddet innen elektronikk, som kolliderte med dataverdenen: elektroniske målere. Nok en gang, som ofte skjedde i databehandlingens tidlige historie, ble kjedsomhet oppfinnelsens mor. Fysikere som studerte utslipp av subatomære partikler måtte enten lytte etter klikk eller bruke timer på å studere fotografiske poster, telle antall deteksjoner for å måle hastigheten på partikkelutslipp fra forskjellige stoffer. Mekaniske eller elektromekaniske målere var et fristende alternativ for å lette disse handlingene, men de beveget seg for sakte: de kunne ikke registrere de mange hendelsene som skjedde innen millisekunder fra hverandre.
Nøkkelfiguren for å løse dette problemet var , som jobbet under Ernest Rutherford ved Cavendish Laboratory i Cambridge. Wynne-Williams hadde sans for elektronikk, og hadde allerede brukt rør (eller ventiler, som de ble kalt i Storbritannia) for å lage forsterkere som gjorde det mulig å høre hva som skjedde med partikler. På begynnelsen av 1930-tallet innså han at ventiler kunne brukes til å lage en teller, som han kalte en "binær skalateller" - det vil si en binær teller. I hovedsak var det et sett med flip-flops som kunne overføre brytere oppover kjeden (i praksis brukte den , typer lamper som ikke inneholder et vakuum, men en gass, som kan forbli i på-stillingen etter fullstendig ionisering av gassen).
Wynne-Williams-telleren ble raskt en av de nødvendige laboratorieenhetene for alle som var involvert i partikkelfysikk. Fysikere bygde veldig små tellere, ofte med tre sifre (det vil si i stand til å telle opptil syv). for en treg mekanisk måler, og for registrering av hendelser som skjer raskere enn en måler med sakte bevegelige mekaniske deler kan registrere.
Men i teorien kan slike tellere utvides til antall av vilkårlig størrelse eller presisjon. Dette var strengt tatt de første digitale elektroniske regnemaskinene.
Atanasov-Berry datamaskin
Atanasov var kjent med denne historien, som overbeviste ham om muligheten for å bygge en elektronisk datamaskin. Men han brukte ikke direkte binære tellere eller flip-flops. Først, som grunnlag for tellesystemet, prøvde han å bruke litt modifiserte tellere - tross alt, hva er addisjon hvis ikke gjentatt telling? Men av en eller annen grunn kunne han ikke gjøre tellekretsene pålitelige nok, og han måtte utvikle sine egne addisjons- og multiplikasjonskretser. Han kunne ikke bruke flip-flops for midlertidig å lagre binære tall fordi han hadde et begrenset budsjett og et ambisiøst mål om å lagre tretti koeffisienter om gangen. Som vi snart skal se, fikk denne situasjonen alvorlige konsekvenser.
I 1939 var Atanasov ferdig med å designe datamaskinen sin. Nå trengte han noen med riktig kunnskap til å bygge den. Han fant en slik person i en ingeniørutdannet Iowa State Institute ved navn Clifford Berry. Ved slutten av året hadde Atanasov og Berry bygget en liten prototype. Året etter fullførte de en fullversjon av datamaskinen med tretti koeffisienter. På 1960-tallet kalte en forfatter som gravde opp historien den Atanasoff-Berry Computer (ABC), og navnet satt fast. Alle manglene kunne imidlertid ikke elimineres. Spesielt hadde ABC en feil på omtrent ett binært siffer av 10000 XNUMX, noe som ville være fatalt for enhver stor beregning.
Clifford Berry og ABC i 1942
I Atanasov og hans ABC kan man imidlertid finne røttene og kilden til alle moderne datamaskiner. Laget han ikke (med hjelp av Berry) den første binære elektroniske digitale datamaskinen? Er ikke dette de grunnleggende egenskapene til milliarder av enheter som former og driver økonomier, samfunn og kulturer rundt om i verden?
Men la oss gå tilbake. Adjektivene digital og binær er ikke domenet til ABC. For eksempel var Bell Complex Number Computer (CNC), utviklet omtrent på samme tid, en digital, binær, elektromekanisk datamaskin som var i stand til å beregne på det komplekse planet. Dessuten var ABC og CNC like ved at de løste problemer på et begrenset område, og kunne ikke, i motsetning til moderne datamaskiner, akseptere en vilkårlig sekvens av instruksjoner.
Det som gjenstår er "elektronisk". Men selv om ABCs matematiske innmat var elektronisk, opererte den med elektromekaniske hastigheter. Siden Atanasov og Berry var økonomisk ute av stand til å bruke vakuumrør til å lagre tusenvis av binære sifre, brukte de elektromekaniske komponenter for å gjøre det. Flere hundre trioder, som utførte grunnleggende matematiske beregninger, var omgitt av roterende trommer og svirrende stansemaskiner, der mellomverdier av alle beregningstrinn ble lagret.
Atanasov og Berry gjorde en heroisk jobb med å lese og skrive data på hullkort i enorm hastighet ved å brenne dem med elektrisitet i stedet for å stanse dem mekanisk. Men dette førte til sine egne problemer: det var brennapparatet som var ansvarlig for 1 feil per 10000 1990 tall. Dessuten, selv på sitt beste, kunne ikke maskinen "slå" raskere enn én linje per sekund, så ABC kunne utføre bare én beregning per sekund med hver av sine tretti aritmetiske enheter. Resten av tiden satt vakuumrørene uvirksomme, utålmodig "trommede fingrene i bordet" mens alt dette maskineriet roterte smertefullt sakte rundt dem. Atanasov og Berry festet fullblodshesten til høyvogna. (Lederen for prosjektet for å gjenskape ABC på XNUMX-tallet estimerte maskinens maksimale hastighet, tatt i betraktning all tid brukt, inkludert operatørens arbeid med å spesifisere oppgaven, med fem addisjoner eller subtraksjoner per sekund. Dette, selvfølgelig, er raskere enn en menneskelig datamaskin, men ikke den samme hastigheten som vi forbinder med elektroniske datamaskiner.)
ABC-diagram. Trommene lagret midlertidig inngang og utgang på kondensatorer. Tyratronkortstansekretsen og kortleseren registrerte og leste resultatene av et helt trinn i algoritmen (eliminerte en av variablene fra ligningssystemet).
Arbeidet med ABC stoppet i midten av 1942 da Atanasoff og Berry meldte seg på den raskt voksende amerikanske krigsmaskinen, som krevde både hjerner og kropper. Atanasov ble kalt til Naval Ordnance Laboratory i Washington for å lede et team som utviklet akustiske miner. Berry giftet seg med Atanasovs sekretær og fant jobb i et militært kontraktselskap i California for å unngå å bli trukket inn i krigen. Atanasov prøvde i noen tid å patentere sin kreasjon i delstaten Iowa, men til ingen nytte. Etter krigen gikk han over til andre ting og var ikke lenger seriøst involvert i datamaskiner. Selve datamaskinen ble sendt til et deponi i 1948 for å gi plass på kontoret til en nyutdannet fra instituttet.
Kanskje Atanasov rett og slett begynte å jobbe for tidlig. Han stolte på beskjedne universitetsstipend og kunne bruke bare noen få tusen dollar for å lage ABC, så økonomien erstattet alle andre bekymringer i prosjektet hans. Hvis han hadde ventet til tidlig på 1940-tallet, hadde han kanskje fått et statlig tilskudd for en fullverdig elektronisk enhet. Og i denne tilstanden - begrenset i bruk, vanskelig å kontrollere, upålitelig, ikke veldig rask - var ikke ABC en lovende reklame for fordelene med elektronisk databehandling. Den amerikanske krigsmaskinen, til tross for all sin datahunger, forlot ABC for å ruste i byen Ames, Iowa.
Krigsdatamaskiner
Den første verdenskrig skapte og lanserte et system med massive investeringer i vitenskap og teknologi, og forberedte det for andre verdenskrig. I løpet av få år gikk praksisen med krigføring på land og sjø over til bruk av giftgasser, magnetiske miner, luftrekognosering og bombing, og så videre. Ingen politisk eller militær leder kunne unngå å legge merke til så raske endringer. De var så raske at forskning startet tidlig nok kunne vippe vekten i den ene eller den andre retningen.
USA hadde massevis av materialer og hjerner (hvorav mange hadde flyktet fra Hitlers Tyskland) og var på avstand fra de umiddelbare kampene for overlevelse og dominans som påvirket andre land. Dette gjorde at landet kunne lære denne leksjonen spesielt tydelig. Dette ble manifestert i det faktum at enorme industrielle og intellektuelle ressurser ble viet til opprettelsen av det første atomvåpenet. En mindre kjent, men like viktig eller mindre investering var investeringen i radarteknologi sentrert ved MITs Rad Lab.
Så det begynnende feltet for automatisk databehandling fikk sin del av militær finansiering, om enn i mye mindre skala. Vi har allerede lagt merke til mangfoldet av elektromekaniske databehandlingsprosjekter generert av krigen. Potensialet til relébaserte datamaskiner var relativt sett kjent, siden telefonsentraler med tusenvis av reléer hadde vært i drift i mange år på den tiden. Elektroniske komponenter har ennå ikke bevist sin ytelse i en slik skala. De fleste eksperter mente at en elektronisk datamaskin uunngåelig ville være upålitelig (ABC var et eksempel) eller ville ta for lang tid å bygge. Til tross for den plutselige tilstrømningen av statlige penger, var militære elektroniske databehandlingsprosjekter få og langt mellom. Bare tre ble skutt opp, og bare to av dem resulterte i operative maskiner.
I Tyskland beviste telekommunikasjonsingeniør Helmut Schreyer overfor sin venn Konrad Zuse verdien av den elektroniske maskinen over den elektromekaniske "V3" som Zuse bygde for luftfartsindustrien (senere kjent som Z3). Zuse gikk til slutt med på å jobbe med et andre prosjekt med Schreyer, og Aeronautical Research Institute tilbød seg å finansiere en 100-rørs prototype på slutten av 1941. Men de to mennene tok først opp høyere prioritert krigsarbeid, og deretter ble arbeidet deres alvorlig bremset av bombeskader, noe som gjorde at de ikke var i stand til å få maskinen til å fungere pålitelig.
Zuse (til høyre) og Schreyer (til venstre) jobber på en elektromekanisk datamaskin i Berlin-leiligheten til Zuses foreldre
Og den første elektroniske datamaskinen som gjorde nyttig arbeid ble opprettet i et hemmelig laboratorium i Storbritannia, der en telekommunikasjonsingeniør foreslo en radikal ny tilnærming til ventilbasert kryptoanalyse. Vi avslører denne historien neste gang.
Hva annet å lese:
• Alice R. Burks og Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, mannen som oppfant datamaskinen (2010)
Kilde: www.habr.com