Alte articole din serie:
- Istoria ștafetei
- Istoria calculatoarelor electronice
- Istoria tranzistorului
- Istoricul internetului
După cum am văzut în , inginerii radio și de telefonie în căutarea unor amplificatoare mai puternice au descoperit un nou domeniu tehnologic care a fost rapid numit electronică. Amplificatorul electronic ar putea fi ușor transformat într-un comutator digital, funcționând la viteze mult mai mari decât vărul său electromecanic, releul telefonic. Deoarece nu existau piese mecanice, un tub de vid putea fi pornit și oprit într-o microsecundă sau mai puțin, mai degrabă decât cele zece milisecunde sau mai mult necesare unui releu.
Din 1939 până în 1945, trei computere au fost create folosind aceste noi componente electronice. Nu întâmplător datele construcției lor coincid cu perioada celui de-al Doilea Război Mondial. Acest conflict - fără egal în istorie prin felul în care a legat oamenii de carul de război - a schimbat pentru totdeauna relația dintre state și între știință și tehnologie și a adus, de asemenea, un număr mare de dispozitive noi în lume.
Poveștile primelor trei computere electronice sunt împletite cu războiul. Prima a fost dedicată descifrării mesajelor germane și a rămas sub acoperirea secretului până în anii 1970, când nu a mai avut alt interes decât istoricul. Al doilea despre care ar fi trebuit să audă majoritatea cititorilor a fost ENIAC, un calculator militar care a fost finalizat prea târziu pentru a ajuta în război. Dar aici ne uităm la cea mai veche dintre aceste trei mașini, creația lui .
Atanasov
În 1930, Atanasov, fiul american al unui emigrant din , și-a realizat în cele din urmă visul de tinerețe și a devenit fizician teoretician. Dar, la fel ca în majoritatea acestor aspirații, realitatea nu a fost ceea ce se aștepta el. În special, la fel ca majoritatea studenților de inginerie și științe fizice din prima jumătate a secolului al XX-lea, Atanasov a trebuit să sufere poverile dureroase ale calculelor constante. Teza sa de la Universitatea din Wisconsin despre polarizarea heliului a necesitat opt săptămâni de calcule plictisitoare folosind un calculator de birou mecanic.
Ioan Atanasov în tinerețe
Până în 1935, după ce a acceptat deja un post de profesor la Universitatea din Iowa, Atanasov a decis să facă ceva cu această povară. A început să se gândească la modalități posibile de a construi un computer nou, mai puternic. Respingând metodele analogice (cum ar fi analizorul diferențial MIT) din motive de limitare și imprecizie, el a decis să construiască o mașină digitală care să trateze numerele ca valori discrete, mai degrabă decât ca măsurători continue. Din tinerețe, a fost familiarizat cu sistemul de numere binare și a înțeles că acesta se potrivește mult mai bine în structura de pornire/oprire a unui comutator digital decât numerele zecimale obișnuite. Așa că a decis să facă o mașină binară. Și, în cele din urmă, a decis că, pentru ca acesta să fie cel mai rapid și mai flexibil, ar trebui să fie electronic și să folosească tuburi vidate pentru calcule.
De asemenea, Atanasov trebuia să decidă asupra spațiului cu probleme - pentru ce fel de calcule ar trebui să fie potrivit computerul său? Drept urmare, a decis că se va ocupa de rezolvarea sistemelor de ecuații liniare, reducându-le la o singură variabilă (folosind ) — aceleași calcule care i-au dominat disertația. Acesta va suporta până la treizeci de ecuații, cu până la treizeci de variabile fiecare. Un astfel de computer ar putea rezolva probleme care sunt importante pentru oamenii de știință și ingineri și, în același timp, nu ar părea a fi incredibil de complex.
Piesă de artă
La mijlocul anilor 1930, tehnologia electronică a devenit extrem de diversificată de la originile sale cu 25 de ani mai devreme. Două dezvoltări au fost deosebit de potrivite pentru proiectul lui Atanasov: un releu de declanșare și un contor electronic.
Încă din secolul al XIX-lea, inginerii telegrafiști și de telefonie au avut la dispoziție un dispozitiv la îndemână numit comutator. Un comutator este un releu bistabil care folosește magneți permanenți pentru a-l menține în starea în care l-ai lăsat - deschis sau închis - până când primește un semnal electric pentru a schimba stările. Dar tuburile cu vid nu erau capabile de asta. Nu aveau nicio componentă mecanică și puteau fi „deschise” sau „închise” în timp ce electricitatea circula sau nu prin circuit. În 1918, doi fizicieni britanici, William Eccles și Frank Jordan, au conectat două lămpi cu fire pentru a crea un „releu de declanșare” - un releu electronic care rămâne constant aprins după ce a fost pornit de un impuls inițial. Eccles și Jordan și-au creat sistemul în scopuri de telecomunicații pentru Amiraalitatea Britanică la sfârșitul Primului Război Mondial. Dar circuitul Eccles-Iordania, care mai târziu a devenit cunoscut sub numele de declanșator [în engleză. flip-flop] ar putea fi considerat și un dispozitiv pentru stocarea unei cifre binare - 1 dacă semnalul este transmis și 0 în caz contrar. În acest fel, prin n flip-flop a fost posibil să se reprezinte un număr binar de n biți.
La aproximativ zece ani de la declanșare, a avut loc cea de-a doua descoperire majoră în electronică, ciocnindu-se de lumea computerelor: contoarele electronice. Încă o dată, așa cum sa întâmplat adesea în istoria timpurie a computerului, plictiseala a devenit mama invenției. Fizicienii care studiau emisia de particule subatomice au trebuit fie să asculte clicuri, fie să petreacă ore întregi studiind înregistrările fotografice, numărând numărul de detecții pentru a măsura rata de emisie a particulelor din diferite substanțe. Contoarele mecanice sau electromecanice erau o opțiune tentantă pentru a facilita aceste acțiuni, dar se mișcau prea încet: nu puteau înregistra numeroasele evenimente care au avut loc la câteva milisecunde unul de celălalt.
Figura cheie în rezolvarea acestei probleme a fost , care a lucrat sub conducerea lui Ernest Rutherford la Laboratorul Cavendish din Cambridge. Wynne-Williams avea un talent pentru electronică și folosea deja tuburi (sau supape, așa cum erau numite în Marea Britanie) pentru a crea amplificatoare care făceau posibil să se audă ce se întâmplă cu particulele. La începutul anilor 1930, și-a dat seama că supapele puteau fi folosite pentru a crea un contor, pe care l-a numit „contor de scară binară” – adică un contor binar. În esență, era un set de flip-flops care putea transmite comutatoare în sus în lanț (în practică, folosea , tipuri de lămpi care nu conțin vid, ci un gaz, care ar putea rămâne în poziția pornit după ionizarea completă a gazului).
Contorul Wynne-Williams a devenit rapid unul dintre dispozitivele de laborator necesare pentru oricine implicat în fizica particulelor. Fizicienii au construit contoare foarte mici, conținând adesea trei cifre (adică capabile să numere până la șapte). pentru un contor mecanic lent și pentru înregistrarea evenimentelor care au loc mai repede decât ar putea înregistra un contor cu părți mecanice care se mișcă lentă.
Dar, în teorie, astfel de contoare ar putea fi extinse la numere de mărime sau precizie arbitrară. Acestea au fost, strict vorbind, primele calculatoare electronice digitale.
Calculator Atanasov-Berry
Atanasov era familiarizat cu această poveste, care l-a convins de posibilitatea de a construi un computer electronic. Dar nu a folosit direct contoare binare sau flip-flops. La început, pentru baza sistemului de numărare, a încercat să folosească contoare ușor modificate - la urma urmei, ce este adăugarea dacă nu numărarea repetată? Dar din anumite motive nu a putut face circuitele de numărare suficient de fiabile și a trebuit să-și dezvolte propriile circuite de adunare și înmulțire. Nu putea folosi flip-flops pentru a stoca temporar numere binare, deoarece avea un buget limitat și un obiectiv ambițios de a stoca treizeci de coeficienți la un moment dat. După cum vom vedea în curând, această situație a avut consecințe grave.
Până în 1939, Atanasov terminase de proiectat computerul său. Acum avea nevoie de cineva cu cunoștințele potrivite pentru a-l construi. A găsit o astfel de persoană într-un absolvent de inginerie al Institutului de Stat din Iowa pe nume Clifford Berry. Până la sfârșitul anului, Atanasov și Berry au construit un mic prototip. În anul următor, au finalizat o versiune completă a computerului cu treizeci de coeficienți. În anii 1960, un scriitor care a dezgropat istoria a numit-o Atanasoff-Berry Computer (ABC), iar numele a rămas. Cu toate acestea, toate neajunsurile nu au putut fi eliminate. În special, ABC a avut o eroare de aproximativ o cifră binară la 10000, care ar fi fatală pentru orice calcul mare.
Clifford Berry și ABC în 1942
Cu toate acestea, în Atanasov și ABC-ul său se pot găsi rădăcinile și sursa tuturor computerelor moderne. Nu a creat el (cu ajutorul capabil al lui Berry) primul computer digital electronic binar? Nu sunt acestea caracteristicile fundamentale ale miliardelor de dispozitive care modelează și conduc economiile, societățile și culturile din întreaga lume?
Dar să ne întoarcem. Adjectivele digital și binar nu sunt domeniul ABC. De exemplu, Bell Complex Number Computer (CNC), dezvoltat cam în aceeași perioadă, era un computer digital, binar, electromecanic capabil să calculeze pe planul complex. De asemenea, ABC și CNC erau similare prin faptul că rezolvau probleme într-o zonă limitată și nu puteau, spre deosebire de computerele moderne, să accepte o secvență arbitrară de instrucțiuni.
Ceea ce rămâne este „electronic”. Dar, deși interiorul matematic al lui ABC era electronic, acesta funcționa la viteze electromecanice. Deoarece Atanasov și Berry nu au putut să folosească tuburi cu vid pentru a stoca mii de cifre binare, au folosit componente electromecanice pentru a face acest lucru. Câteva sute de triode, care efectuează calcule matematice de bază, au fost înconjurate de tamburi rotativi și mașini de perforat care vârteau, unde erau stocate valori intermediare ale tuturor etapelor de calcul.
Atanasov și Berry au făcut o treabă eroică de citire și scriere a datelor pe cărți perforate cu o viteză extraordinară, ardându-le cu electricitate în loc să le perforeze mecanic. Dar acest lucru a dus la propriile sale probleme: aparatul de ardere era responsabil pentru 1 eroare la 10000 de numere. Mai mult, chiar și în cele mai bune condiții, mașina nu putea „perfora” mai repede de o linie pe secundă, astfel încât ABC putea efectua doar un calcul pe secundă cu fiecare dintre cele treizeci de unități aritmetice ale sale. În restul timpului, tuburile cu vid au rămas inactiv, „bătându-și cu nerăbdare degetele pe masă”, în timp ce toate aceste mașini se învârteau dureros încet în jurul lor. Atanasov și Berry au legat calul pursânge de căruța cu fân. (Liderul proiectului de recreare a ABC în anii 1990 a estimat viteza maximă a mașinii, luând în considerare tot timpul petrecut, inclusiv munca operatorului la specificarea sarcinii, la cinci adunări sau scăderi pe secundă. Aceasta, desigur, este mai rapid decât un computer uman, dar nu aceeași viteză, pe care o asociem cu computerele electronice.)
Diagrama ABC. Tamburele stocau intrarea și ieșirea temporară pe condensatoare. Circuitul de perforare a cardului thyratron și cititorul de carduri au înregistrat și citit rezultatele unui pas întreg al algoritmului (eliminând una dintre variabile din sistemul de ecuații).
Lucrările la ABC s-au blocat la mijlocul anului 1942, când Atanasoff și Berry s-au înscris pentru mașina de război americană în creștere rapidă, care necesita creier și corpuri. Atanasov a fost chemat la Naval Ordnance Laboratory din Washington pentru a conduce o echipă care dezvolta mine acustice. Berry s-a căsătorit cu secretara lui Atanasov și și-a găsit un loc de muncă la o companie cu contract militar din California pentru a evita să fie recrutat în război. Atanasov a încercat de ceva timp să-și patenteze creația în statul Iowa, dar fără rezultat. După război, a trecut la alte lucruri și nu a mai fost serios implicat cu computerele. Computerul în sine a fost trimis la o groapă de gunoi în 1948 pentru a face loc în birou unui nou absolvent al institutului.
Poate că Atanasov a început pur și simplu să lucreze prea devreme. S-a bazat pe granturi universitare modeste și a putut cheltui doar câteva mii de dolari pentru a crea ABC, așa că economia a înlocuit toate celelalte preocupări din proiectul său. Dacă ar fi așteptat până la începutul anilor 1940, ar fi putut primi o subvenție guvernamentală pentru un dispozitiv electronic cu drepturi depline. Și în această stare - limitată în utilizare, greu de controlat, nesigur, nu foarte rapid - ABC nu era o reclamă promițătoare pentru beneficiile computerului electronic. Mașina de război americană, în ciuda întregii sale foame de calcul, a lăsat ABC să ruginească în orașul Ames, Iowa.
Mașini de calcul de război
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 războiului pe uscat și pe mare a trecut la utilizarea gazelor otrăvitoare, a minelor magnetice, a recunoașterii aeriene și a bombardamentelor și așa mai departe. Niciun lider politic sau militar nu ar putea să nu observe schimbări atât de rapide. Au fost atât de rapide încât cercetările începute destul de devreme ar putea înclina balanța într-o direcție sau alta.
Statele Unite aveau o mulțime de materiale și creiere (dintre care multe fugiseră din Germania lui Hitler) și erau departe de luptele imediate pentru supraviețuire și dominație care afectează alte țări. Acest lucru a permis țării să învețe această lecție deosebit de clar. Acest lucru s-a manifestat prin faptul că vaste resurse industriale și intelectuale au fost dedicate creării primei arme atomice. O investiție mai puțin cunoscută, dar la fel de importantă sau mai mică a fost investiția în tehnologia radar centrată la Rad Lab al MIT.
Așadar, domeniul în curs de dezvoltare al calculului automat a primit partea sa de finanțare militară, deși la o scară mult mai mică. Am remarcat deja varietatea proiectelor de calcul electromecanice generate de război. Potențialul calculatoarelor bazate pe relee era, relativ vorbind, cunoscut, deoarece centralele telefonice cu mii de relee erau în funcțiune de mulți ani până la acel moment. Componentele electronice nu și-au dovedit încă performanța la o asemenea scară. Majoritatea experților credeau că un computer electronic ar fi inevitabil nefiabil (ABC a fost un exemplu) sau ar dura prea mult să fie construit. În ciuda afluxului brusc de bani guvernamentali, proiectele de calculatoare electronice militare au fost puține și îndepărtate. Doar trei au fost lansate, iar doar două dintre ele au dus la mașini operaționale.
În Germania, inginerul de telecomunicații Helmut Schreyer i-a demonstrat prietenului său Konrad Zuse valoarea mașinii electronice față de „V3” electromecanic pe care Zuse îl construia pentru industria aeronautică (cunoscut mai târziu ca Z3). Zuse a acceptat în cele din urmă să lucreze la un al doilea proiect cu Schreyer, iar Institutul de Cercetare Aeronautică s-a oferit să finanțeze un prototip cu 100 de tuburi la sfârșitul anului 1941. Dar cei doi bărbați s-au ocupat mai întâi de o muncă de război cu prioritate mai mare, iar apoi munca lor a fost încetinită grav de daunele bombardate, lăsându-i în imposibilitatea de a-și pune mașina să funcționeze în mod fiabil.
Zuse (dreapta) și Schreyer (stânga) lucrează la un computer electromecanic în apartamentul din Berlin al părinților lui Zuse
Iar primul computer electronic care a făcut o muncă utilă a fost creat într-un laborator secret din Marea Britanie, unde un inginer de telecomunicații a propus o nouă abordare radicală a criptoanalizei bazate pe supape. Vom dezvălui această poveste data viitoare.
Ce altceva de citit:
• Alice R. Burks și Arthur W. Burks, Primul computer electronic: Povestea lui Atansoff (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, Omul care a inventat computerul (2010)
Sursa: www.habr.com