Alte articole din ciclu:
- Istoria releului
- Istoria calculatoarelor electronice
- Istoria tranzistorului
- Istoria internetului
Așa cum am văzut în , inginerii radio și telefonie în căutarea amplificatoarelor mai puternice au descoperit un nou domeniu tehnologic, pe care l-au denumit rapid electronică. Amplificatorul electronic putea fi ușor transformat într-un comutator digital, care funcționa la un ritm mult mai mare decât omologul său electromecanic - releul telefonic. Datorită lipsei pieselor mecanice, tubul electronic putea fi activat și dezactivat în microsecunde sau chiar mai repede, spre deosebire de zecile de milisecunde sau mai mult, necesare releelor.
Între 1939 și 1945 s-au realizat, pe baza acestor noi componente electronice, trei computere. Datele la care au fost construite nu sunt întâmplătoare, coincizând cu perioada celui de-al Doilea Război Mondial. Acest conflict - fără precedent în istorie prin modul în care a pus oameni la jugul carului de război - a schimbat pentru totdeauna relațiile dintre state, precum și între știință și tehnologie, aducând în lume o mulțime de noi dispozitive.
Povestea primelor trei computere electronice este strâns legată de război. Primul a fost dedicat decodificării mesajelor germane și a rămas în secret până în anii 1970, atunci când nu mai prezenta interes, în afară de cel istoric. Al doilea, de care majoritatea cititorilor ar fi trebuit să fi auzit, a fost ENIAC, un calculator militar, care a fost finalizat prea târziu pentru a ajuta în război. Dar aici ne concentrăm pe cea mai timpurie dintre aceste trei mașini, creația .
Atanasoff
În 1930, Atanasoff, fiul unui emigrant din , a reușit, în sfârșit, să își îndeplinească visul din tinerețe și a devenit fizician teoretic. Dar, ca în cazul majorității aspirațiilor de acest fel, realitatea s-a dovedit a fi diferită de ceea ce și-a imaginat. În special, ca majoritatea studenților din inginerie și științele fizice din prima jumătate a secolului XX, Atanasoff a trebuit să sufere din cauza eforturilor sufocante ale calculelor constante. Teza sa de la Universitatea din Wisconsin despre polarizarea heliului a necesitat opt săptămâni de calcule plictisitoare cu ajutorul unui calculator mecanic de birou.
John Atanasoff în tinerețe
Până în 1935, fiind profesor la Universitatea din Iowa, Atanasov a decis să facă ceva cu această povară. A început să planifice posibilele modalități de a construi o nouă mașină de calcul, mai puternică. Refuzând metodele analogice (cum ar fi analizatorul diferențial MIT) din cauza limitărilor și impreciziilor, a ales să construiască o mașină digitală care să opereze cu numere ca valori discrete, nu ca măsurători continue. Începând din tinerețe, era familiarizat cu sistemul binar și înțelegea că acesta se potrivește mult mai bine structurii de tip on/off a comutatorului digital decât numerele zecimale obișnuite. Astfel, a decis să construiască o mașină binară. Și, în final, a concluzionat că pentru a fi cea mai rapidă și flexibilă, aceasta ar trebui să fie electronică, folosind tuburi electronice pentru calcul.
Atanasov trebuia să decidă și asupra domeniului de aplicabilitate — pentru ce tipuri de calcule ar trebui să fie util computerul său? În cele din urmă, a decis că se va ocupa cu rezolvarea sistemelor de ecuații liniare, reducându-le la o singură variabilă (prin intermediul ) — aceleași tipuri de calcule care predominau în lucrarea sa de doctorat. Acesta va susține până la treizeci de ecuații, cu până la treizeci de variabile fiecare. Un asemenea computer ar putea rezolva probleme importante pentru oameni de știință și ingineri, și în același timp, părea că nu era incredibil de complex.
Capodoperă
Până la mijlocul anilor 1930, tehnologia electronică atingea o extraordinare diversitate față de începuturile sale, apărute cu 25 de ani înainte. Două dezvoltări se potriveau deosebit de bine proiectului lui Atanasov: relais trigger și contor electronic.
Începând cu secolul al XIX-lea, inginerii telegrafului și telefonului au avut la dispoziție un dispozitiv convenabil numit comutator. Comutatorul este un releu bistabil care utilizează magneți permanenți pentru a se menține în starea în care l-ați lăsat – deschis sau închis – până când primește un semnal electric pentru a schimba starea. Însă lămpi electronice nu aveau această capacitate. Ele nu aveau un component mecanic și puteau fi 'deschise' sau 'închise' atât timp cât curentul electric curgea sau nu în circuit. În 1918, doi fizicieni britanici, William Eccles și Frank Jordan, au conectat două lămpi astfel încât să obțină un 'releu-trigger' – un releu electronic care rămâne pornit constant după un impuls inițial. Eccles și Jordan au creat sistemul lor pentru scopuri de telecomunicație pentru Amiralitatea Britanică la sfârșitul Primului Război Mondial. Dar circuitul Eccles-Jordan, ulterior cunoscut ca trigger [eng. flip-flop], putea fi considerat și ca un dispozitiv de stocare a unui bit binar – 1, dacă semnalul este transmis, și 0 în cazul contrar. Astfel, prin n triggeri, se putea reprezenta un număr binar cu n biți.
La aproximativ zece ani după trigger a avut loc o a doua descoperire semnificativă în electronică, care a interacționat cu lumea calculatoarelor: contoarele electronice. Și din nou, așa cum se întâmplă adesea în prima istorie a calculatoarelor, plictiseala a fost mama invenției. Fizicienii care studiile radiația particulelor subatomice trebuiau ori să asculte clicurile, ori să examineze ore în șir înregistrările fotografice, numărând descoperirile pentru a măsura rata de radiație a particulelor prin diverse substanțe. Contoarele mecanice sau electromecanice reprezentau o oportunitate tentantă de a facilita aceste acțiuni, dar se mișcau prea încet: nu puteau înregistra numeroase evenimente care se petreceau cu diferențe de câteva milisecunde.
O figură cheie în soluționarea acestei probleme a fost , lucrând sub îndrumarea lui Ernest Rutherford la Laboratorul Cavendish din Cambridge. Winn-Williams se descurca bine cu electronica și a folosit deja tuburi (sau valve, cum erau numite în Marea Britanie) pentru a crea amplificatoare care să permită auzirea evenimentelor care aveau loc cu particulele. La începutul anilor 1930, a realizat că valvele pot fi utilizate pentru a crea un contor pe care l-a numit „contor de scară binară” — adică, un contor binar. Practic, acesta era un set de trigiere care puteau transmite comutările mai sus în lanț (practic, el a folosit , tipuri de tuburi care, conținând nu vid, ci gaz, puteau rămâne într-o stare activă după ionizarea completă a gazului).
Contorul lui Winn-Williams a devenit rapid un instrument de bază în laboratoarele tuturor celor care se ocupau de fizica particulelor. Fizicienii construiau contoare foarte mici, adesea conținând trei cifre (deci, capabile să numere până la șapte). pentru un contor mecanic lent și pentru a înregistra evenimente care se petreceau mai repede decât putea înregistra un contor cu părți mecanice care se mișcau lent.
Dar în teorie, astfel de contoare puteau fi extinse la numere de dimensiuni sau acuratețe arbitrare. Acestea au fost, strict vorbind, primele mașini de calcul electronice digitale.
Computerul Atanasova-Berry
Atanasov era familiarizat cu această poveste, ceea ce l-a convins de posibilitatea construirii unui computer electronic. Dar nu a folosit direct contoarele binare sau trigierele. La început, pentru baza sistemului de numărare, a încercat să folosească contoare ușor modificate — căci ce este suma, dacă nu un numărat repetat? Dar din anumite motive, nu a reușit să facă circuitele de numărare suficient de fiabile, și a fost nevoit să dezvolte propriile scheme de adunare și înmulțire. Nu a putut folosi trigiere pentru stocarea temporară a numerelor binare, deoarece bugetul său era limitat, iar obiectivul ambițios era de a stoca simultan treizeci de coeficienți. Așa cum vom vedea în curând, această situație a avut consecințe serioase.
Până în 1939, Atanasov a finalizat proiectarea computerului său. Acum avea nevoie de o persoană cu cunoștințele necesare pentru a-l construi. A găsit un astfel de om în persoana lui Clifford Berry, absolvent al departamentului de inginerie de la Institutul de Stat din Iowa. Până la sfârșitul anului, Atanasov și Berry au construit un prototip mic. În anul următor, au terminat versiunea completă a computerului pe treizeci de coeficienți. În anii '60, un scriitor care a descoperit povestea lor l-a numit computerul Atanasov-Berry (Atanasoff-Berry Computer, ABC), iar numele s-a păstrat. Totuși, nu toate deficiențele au fost eliminate. În special, ABC genera o eroare de aproximativ o cifră binară la 10.000, ceea ce ar fi fost fatal pentru orice calcul major.
Clifford Berry și ABC în 1942
Cu toate acestea, în Atanasov și ABC pot fi găsite rădăcinile și sursa tuturor computerelor moderne. Nu a creat el (cu ajutorul priceput al lui Berry) primul computer digital electronic binar? Nu sunt acestea caracteristicile fundamentale ale miliardelor de dispozitive care formează și controlează economia, societatea și cultura din întreaga lume?
Dar să ne întoarcem. Adjectivele digital și binar nu sunt o prerogativă a ABC. De exemplu, computerul de numere complexe Bell (Bell Complex Number Computer, CNC), dezvoltat în aproximativ aceeași perioadă, era un computer digital, binar, electromecanic, capabil să efectueze calcule pe o suprafață complexă. De asemenea, ABC și CNC au fost similare în faptul că rezolvau probleme într-un domeniu limitat și, spre deosebire de computerele moderne, nu puteau accepta o secvență aleatorie de instrucțiuni.
Rămâne „electronic”. Dar, deși structura matematică internă a ABC era electronică, acesta funcționa la viteze electromecanice. Deoarece Atanasov și Berry nu și-au putut permite, din motive financiare, să folosească tuburi electronice pentru a stoca mii de cifre binare, au folosit pentru aceasta componente electromecanice. Câteva sute de trioduri, care efectuate calculele matematice de bază, erau înconjurate de tamburii rotativi și mașinile perforatoare zângănitoare, unde erau stocate valorile intermediare ale tuturor pașilor de calcul.
Atanasov și Berry au realizat o muncă eroică în a citi și a înregistra date pe perforate la o viteză extraordinară, arsurându-le electric, în loc să facă găuri în ele mecanic. Dar acest lucru a dus la problemele sale: aparatul de ars era responsabil pentru 1 eroare la 10.000 de numere. În plus, chiar și cu cele mai mari eforturi, mașina nu putea "perfora" mai repede de o linie pe secundă, astfel încât ABC putea efectua doar un singur calcul pe secundă cu fiecare dintre cele treizeci de dispozitive aritmetice. Restul timpului, tuburile electronice stăteau nefolosite, nerăbdătoare "bătând din degete pe masă", în timp ce toată această mașinărie se învârtea cu duritate în jurul lor. Atanasov și Berry au înhămat un cal de rasă la căruța cu fân. (Managerul proiectului de recreare a ABC în anii 1990 a evaluat viteza maximă a mașinii, ținând cont de toate pierderile de timp, inclusiv munca operatorului în formularea sarcinii, la cinci adunări sau scăderi pe secundă. Aceasta, desigur, este mai rapidă decât un calculator uman, dar nu este viteza pe care o asociem cu calculatoarele electronice.)
Schema ABC. Tamburii stocau input și output temporar pe condensatori. Schema tiratronică de perforare a cardurilor și cititorul de carduri înregistrau și citeau rezultatul unui întreg pas din algoritm (eliminând o variabilă din sistemul de ecuații).
Lucrările asupra ABC s-au împotmolit la mijlocul anului 1942, când Atanasov și Berry s-au înrolat în mașina militară în expansiune rapidă a SUA, unde erau necesare nu doar corpuri, ci și minți. Atanasov a fost chemat la Laboratorul de Artilerie Navală din Washington pentru a conduce o echipă care dezvolta mine acustice. Berry s-a căsătorit cu secretara lui Atanasov și a găsit un loc de muncă într-o companie care lucra pe contracte militare în California, pentru a evita să fie chemat la război. Atanasov a încercat o vreme să își patenteze creația în statul Iowa, dar fără succes. După război, s-a ocupat cu alte lucruri și nu a mai tratat calculatoarele cu seriozitate. Între timp, computerul a fost trimis la groapa de gunoi în 1948, pentru a elibera spațiu în birou pentru un nou absolvent al instituției.
Poate că Atanasov a început să lucreze prea devreme. S-a bazat pe burse modeste universitare și a putut cheltui doar câteva mii de dolari pentru a crea ABC, astfel încât economisirea a devansat toate celelalte probleme ale proiectului său. Dacă ar fi așteptat până la începutul anilor 1940, ar fi putut obține o grant guvernamental pentru un dispozitiv electronic complet. Iar în această stare - cu utilizare limitată, cu un control complicat, nesigur și nu foarte rapid - ABC nu a fost o publicitate promițătoare pentru beneficiile calculelor electronice. Mașina militară americană, în ciuda foametei de calcul, a lăsat ABC să ruginească în orașul Ames din Iowa.
Mașinile de calcul ale războiului
Primul Război Mondial a creat și a lansat un sistem de investiții masive în știință și tehnologie, și l-a pregătit pentru Al Doilea Război Mondial. În doar câțiva ani, practica de a duce război pe uscat și pe mare a evoluat spre utilizarea gazelor toxice, minelor magnetice, recunoașterii aeriene și bombardamentelor, și altele. Niciun lider politic sau militar nu putea să nu observe aceste transformări rapide. Ele au fost atât de rapide încât cercetările începute suficient de devreme ar fi putut înclina balanța într-o parte sau alta.
În Statele Unite erau suficiente materiale și minți (multe dintre ele fugind din Germania hitleristă), iar acestea se aflau departe de luptele directe pentru supraviețuire și dominare, care îi afectau pe alții. Acest lucru a permis țării să învețe această lecție într-un mod foarte clar. S-a manifestat prin faptul că resursele industriale și intelectuale extinse au fost destinate creării primei arme nucleare. O investiție mai puțin cunoscută, dar nu mai puțin importantă sau de volum mai mic, a fost cea în dezvoltarea tehnologiei radar, centrul căreia era la MIT în Rad Lab.
Astfel, domeniul emergent al calculului automat a primit o parte din finanțarea militară, chiar dacă la o scară mult mai mică. Am menționat deja diversitatea proiectelor electromechanice de calcul, generate de război. Potențialul calculatoarelor bazate pe relee era, comparativ, cunoscut, deoarece stațiile telefonice cu mii de relee funcționau deja de mulți ani. Componentele electronice încă nu-și dovediseră viabilitatea la astfel de scări. Majoritatea experților considerau că un calculator electronic va fi inevitabil nesigur (ABC a servit ca exemplu) sau construcția sa va dura prea mult timp. În ciuda unora dintre influxurile subite de bani guvernamentali, era puțin proiecte militare în domeniul calculului electronic, iar acestea erau rare. Au fost demarate doar trei, iar doar două dintre ele au dus la apariția unor mașini funcționale.
În Germania, inginerul de telecomunicații Helmut Schreyer și-a demonstrat prietenului său Konrad Zuse valoarea mașinii electronice în fața „V3” electromechanic, pe care Zuse o construi ască pentru industria aeronautică (care a devenit ulterior cunoscută sub numele de Z3). În cele din urmă, Zuse a acceptat să lucreze la al doilea proiect împreună cu Schreyer, iar Institutul de Cercetare în Aviație a propus să finanțeze prototipul cu 100 de tuburi în 1941. Dar cei doi bărbați s-au ocupat mai întâi de priorități militare mai urgente, iar apoi munca lor a fost lentă afectată de daunele provocate de bombardamente, astfel că nu au reușit să facă mașina lor să funcționeze fiabil.
Zuse (în dreapta) și Schreyer (în stânga) lucrează la un calculator electromechanic în apartamentul părinților lui Zuse din Berlin.
Iar primul calculator electronic care a îndeplinit o muncă utilă a fost creat într-un laborator secret din Marea Britanie, unde un inginer în telecomunicații a propus o nouă abordare radicală a criptoanalizei bazată pe supape. Această poveste o vom dezvălui data viitoare.
Ce altceva să citești:
• Alice R. Burks și Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, The Man Who Invented the Computer (2010)
Sursa: habr.com
