Drugi članki v seriji:
- Zgodovina releja
- Zgodovina elektronskih računalnikov
- Zgodovina tranzistorja
- Internetna zgodovina
Kot smo videli v , radijski in telefonski inženirji so v iskanju močnejših ojačevalcev odkrili novo tehnološko področje, ki so ga hitro poimenovali elektronika. Elektronski ojačevalnik bi bilo mogoče zlahka pretvoriti v digitalno stikalo, ki bi delovalo pri veliko višjih hitrostih kot njegov elektromehanski bratranec, telefonski rele. Ker ni bilo mehanskih delov, je bilo mogoče vakuumsko cev vklopiti in izklopiti v mikrosekundi ali manj, namesto v desetih milisekundah ali več, kot zahteva rele.
Od leta 1939 do 1945 so bili z uporabo teh novih elektronskih komponent izdelani trije računalniki. Ni naključje, da datumi njihove izgradnje sovpadajo z obdobjem druge svetovne vojne. Ta spopad – ki mu v zgodovini ni para v načinu, kako je ljudi vpregel v bojni voz – je za vedno spremenil odnos med državami ter med znanostjo in tehnologijo, svetu pa je prinesel tudi veliko novih naprav.
Zgodbe treh prvih elektronskih računalnikov so prepletene z vojno. Prvi je bil namenjen dešifriranju nemških sporočil in je ostal pod krinko skrivnosti vse do sedemdesetih let prejšnjega stoletja, ko ni bil več zanimiv kot zgodovinski. Drugi, za katerega bi morala večina bralcev slišati, je bil ENIAC, vojaški kalkulator, ki je bil dokončan prepozno, da bi pomagal v vojni. Toda tukaj si ogledamo najzgodnejšega od teh treh strojev, plod zamisel .
Atanasov
Leta 1930 je Atanasov, v Ameriki rojen sin emigranta iz , končno uresničil svoje mladostne sanje in postal teoretični fizik. Toda, tako kot pri večini takšnih želja, resničnost ni bila taka, kot je pričakoval. Zlasti kot večina študentov tehnike in fizike v prvi polovici XNUMX. stoletja je moral Atanasov trpeti boleča bremena nenehnih izračunov. Njegova disertacija na Univerzi v Wisconsinu o polarizaciji helija je zahtevala osem tednov dolgočasnih izračunov z uporabo mehanskega namiznega kalkulatorja.
John Atanasov v mladosti
Do leta 1935, ko je že sprejel mesto profesorja na Univerzi v Iowi, se je Atanasov odločil, da bo nekaj ukrenil glede tega bremena. Začel je razmišljati o možnih načinih za izdelavo novega, zmogljivejšega računalnika. Ker je zavrnil analogne metode (kot je diferencialni analizator MIT) zaradi omejitev in nenatančnosti, se je odločil zgraditi digitalni stroj, ki je obravnaval števila kot diskretne vrednosti in ne kot neprekinjene meritve. Od mladosti je bil seznanjen z dvojiškim številskim sistemom in razumel je, da se veliko bolje prilega strukturi vklopa/izklopa digitalnega stikala kot običajna decimalna števila. Zato se je odločil narediti binarni stroj. In končno se je odločil, da naj bo ta najhitrejši in najbolj prilagodljiv, elektronski, za izračune pa uporablja vakuumske cevi.
Atanasov se je moral odločiti tudi glede problemskega prostora - za kakšne izračune naj bo primeren njegov računalnik? Posledično se je odločil, da se bo ukvarjal z reševanjem sistemov linearnih enačb, ki jih bo reduciral na eno samo spremenljivko (z uporabo ) – isti izračuni, ki so prevladovali v njegovi disertaciji. Podprl bo do trideset enačb, z do tridesetimi spremenljivkami v vsaki. Takšen računalnik bi lahko reševal probleme, ki so pomembni za znanstvenike in inženirje, hkrati pa se ne bi zdel neverjetno zapleten.
Umetnina
Do sredine tridesetih let 1930. stoletja je elektronska tehnologija postala zelo raznolika od svojega izvora pred 25 leti. Dva razvoja sta bila posebej primerna za projekt Atanasova: sprožilni rele in elektronski merilnik.
Telegrafski in telefonski inženirji imajo že od 1918. stoletja na voljo priročno napravo, imenovano stikalo. Stikalo je bistabilni rele, ki uporablja trajne magnete, da ga zadrži v stanju, v katerem ste ga pustili – odprto ali zaprto – dokler ne prejme električnega signala za preklop stanja. A vakuumske cevi tega niso zmogle. Nimajo mehanske komponente in so lahko "odprte" ali "zaprte", medtem ko elektrika teče ali ne teče skozi vezje. Leta 1 sta dva britanska fizika, William Eccles in Frank Jordan, povezala dve svetilki z žicami, da sta ustvarila "sprožilni rele" - elektronski rele, ki ostane stalno vklopljen, potem ko ga vklopi začetni impulz. Eccles in Jordan sta ob koncu prve svetovne vojne ustvarila svoj sistem za telekomunikacijske namene za britansko admiraliteto. Toda vezje Eccles-Jordan, ki je kasneje postalo znano kot sprožilec [angleško. flip-flop] bi lahko obravnavali tudi kot napravo za shranjevanje binarne števke - 0, če se signal prenaša, in XNUMX v nasprotnem primeru. Na ta način je bilo mogoče z n flip-flops predstaviti binarno število n bitov.
Približno deset let po sprožitvi se je zgodil drugi večji preboj v elektroniki, ki je trčil v svet računalništva: elektronski števci. Ponovno, kot se je pogosto dogajalo v zgodnji zgodovini računalništva, je dolgčas postal mati izuma. Fiziki, ki so preučevali emisijo subatomskih delcev, so morali bodisi poslušati klike bodisi preživeti ure in ure preučevati fotografske zapise, šteti število zaznav, da bi izmerili hitrost emisije delcev iz različnih snovi. Mehanski ali elektromehanski merilniki so bili vabljiva možnost za olajšanje teh dejanj, vendar so se premikali prepočasi: niso mogli registrirati številnih dogodkov, ki so se zgodili v milisekundah drug od drugega.
Ključna oseba pri reševanju tega problema je bila , ki je delal pod vodstvom Ernesta Rutherforda v laboratoriju Cavendish v Cambridgeu. Wynne-Williams je imel smisel za elektroniko in je že uporabljal cevi (ali ventile, kot so jih imenovali v Britaniji) za ustvarjanje ojačevalnikov, ki so omogočali slišati, kaj se dogaja z delci. V zgodnjih tridesetih letih 1930. stoletja je ugotovil, da je mogoče ventile uporabiti za ustvarjanje števca, ki ga je imenoval "binarni števec lestvice" - to je binarni števec. V bistvu je šlo za niz natikačev, ki so lahko prenašali stikala po verigi (v praksi je uporabljal , tipi svetilk, ki ne vsebujejo vakuuma, ampak plin, ki lahko ostane v položaju po popolni ionizaciji plina).
Wynne-Williamsov števec je hitro postal ena od potrebnih laboratorijskih naprav za vse, ki se ukvarjajo s fiziko delcev. Fiziki so zgradili zelo majhne števce, ki so pogosto vsebovali tri števke (to je zmožnost štetja do sedem). za počasen mehanski merilnik in za beleženje dogodkov, ki se zgodijo hitreje, kot bi lahko zabeležil merilnik s počasi premikajočimi se mehanskimi deli.
Toda v teoriji bi lahko takšne števce razširili na števila poljubne velikosti ali natančnosti. To so bili, strogo gledano, prvi digitalni elektronski računski stroji.
Računalnik Atanasov-Berry
Atanasov je poznal to zgodbo, ki ga je prepričala o možnosti izdelave elektronskega računalnika. Ni pa neposredno uporabil binarnih števcev ali flip-flopov. Sprva je za osnovo sistema štetja poskušal uporabiti nekoliko spremenjene števce - navsezadnje, kaj je seštevanje, če ne ponavljajoče se štetje? Toda iz nekega razloga ni mogel narediti dovolj zanesljivih vezij za štetje in je moral razviti lastna vezja za seštevanje in množenje. Za začasno shranjevanje binarnih števil ni mogel uporabiti japonk, ker je imel omejen proračun in ambiciozen cilj shraniti trideset koeficientov hkrati. Kot bomo kmalu videli, je imela ta situacija resne posledice.
Do leta 1939 je Atanasov končal načrtovanje svojega računalnika. Zdaj je potreboval nekoga s pravim znanjem, da ga zgradi. Takšno osebo je našel v diplomiranem inženirju državnega inštituta Iowa po imenu Clifford Berry. Do konca leta sta Atanasov in Berry izdelala majhen prototip. Naslednje leto so dokončali polno različico računalnika s tridesetimi koeficienti. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja ga je pisatelj, ki je izkopal njihovo zgodovino, poimenoval računalnik Atanasoff-Berry (ABC) in ime se je obdržalo. Vseh pomanjkljivosti pa ni bilo mogoče odpraviti. Zlasti ABC je imel napako približno ene binarne števke od 1960, kar bi bilo usodno za vsak večji izračun.
Clifford Berry in ABC leta 1942
Vendar pa je v Atanasovu in njegovi ABC mogoče najti korenine in vir vseh sodobnih računalnikov. Ali ni ustvaril (z sposobno pomočjo Berryja) prvega binarnega elektronskega digitalnega računalnika? Ali niso to temeljne značilnosti milijard naprav, ki oblikujejo in poganjajo gospodarstva, družbe in kulture po vsem svetu?
Ampak pojdimo nazaj. Pridevnika digitalni in binarni nista domena ABC. Na primer, Bell Complex Number Computer (CNC), razvit približno v istem času, je bil digitalni, binarni, elektromehanski računalnik, ki je lahko računal na kompleksni ravnini. ABC in CNC sta si bila podobna tudi v tem, da sta reševala probleme na omejenem območju in za razliko od sodobnih računalnikov nista mogla sprejeti poljubnega zaporedja ukazov.
Kar ostane, je "elektronsko". Toda čeprav je bila matematična notranjost ABC elektronska, je delovala z elektromehanskimi hitrostmi. Ker Atanasov in Berry finančno nista mogla uporabiti vakuumskih cevi za shranjevanje na tisoče binarnih števk, sta za to uporabila elektromehanske komponente. Nekaj sto triod, ki so izvajale osnovne matematične izračune, je bilo obdanih z vrtečimi se bobni in vrtečimi štancalnimi stroji, kjer so bile shranjene vmesne vrednosti vseh računskih korakov.
Atanasoff in Berry sta opravila junaško delo branja in zapisovanja podatkov na luknjane kartice z izjemno hitrostjo, tako da sta jih zažgala z elektriko, namesto da bi jih mehansko luknjala. Toda to je privedlo do lastnih težav: za 1 napako na 10000 številk je bila odgovorna naprava za izgorevanje. Še več, tudi v najboljšem primeru stroj ni mogel "prebiti" hitreje kot eno vrstico na sekundo, zato je ABC lahko izvedel samo en izračun na sekundo z vsako od svojih tridesetih aritmetičnih enot. Preostanek časa so vakuumske cevi mirovale in nestrpno »bobnale s prsti po mizi«, medtem ko se je vsa ta mašinerija mučno počasi vrtela okoli njih. Atanasov in Berry sta vpregla čistokrvnega konja v voz s senom. (Vodja projekta poustvarjanja ABC je v devetdesetih ocenil največjo hitrost stroja ob upoštevanju celotnega porabljenega časa, vključno z delom operaterja pri določanju naloge, na pet seštevanj ali odštevanj na sekundo. To seveda je hitrejši od človeškega računalnika, vendar ni enake hitrosti, ki jo povezujemo z elektronskimi računalniki.)
ABC diagram. Bobni so shranili začasen vhod in izhod na kondenzatorjih. Vezje za luknjanje kartic thyratron in čitalnik kartic sta zabeležila in prebrala rezultate celotnega koraka algoritma (izločitev ene od spremenljivk iz sistema enačb).
Delo na ABC je zastalo sredi leta 1942, ko sta se Atanasoff in Berry prijavila za hitro rastoči ameriški vojni stroj, ki je poleg teles potreboval tudi možgane. Atanasov je bil poklican v Naval Ordnance Laboratory v Washingtonu, da bi vodil skupino za razvoj akustičnih min. Berry se je poročil z Atanasovljevo tajnico in si našel službo v vojaškem pogodbenem podjetju v Kaliforniji, da bi se izognil vpoklicu v vojno. Atanasov je nekaj časa poskušal patentirati svojo stvaritev v zvezni državi Iowa, vendar neuspešno. Po vojni se je posvetil drugim stvarem in se z računalniki ni več resno ukvarjal. Sam računalnik so leta 1948 poslali na odlagališče, da bi v pisarni naredili prostor za novega diplomanta inštituta.
Morda je Atanasov preprosto začel delati prezgodaj. Zanašal se je na skromne univerzitetne štipendije in je lahko porabil le nekaj tisoč dolarjev za ustvarjanje ABC, tako da je ekonomičnost v njegovem projektu nadomestila vse druge skrbi. Če bi čakal do začetka štiridesetih let prejšnjega stoletja, bi morda prejel vladno štipendijo za popolno elektronsko napravo. In v tem stanju – omejena uporaba, težko nadzorovan, nezanesljiv, ne zelo hiter – ABC ni bil obetavna reklama za prednosti elektronskega računalništva. Ameriški vojni stroj je kljub vsej svoji računalniški lakoti pustil ABC rjaveti v mestu Ames v Iowi.
Vojni računalniški stroji
Prva svetovna vojna je ustvarila in sprožila sistem množičnega vlaganja v znanost in tehnologijo ter ga pripravila na drugo svetovno vojno. V le nekaj letih je praksa vojskovanja na kopnem in morju prešla na uporabo strupov, magnetnih min, zračnega izvidovanja in bombardiranja itd. Noben politični ali vojaški voditelj ni mogel ne opaziti tako hitrih sprememb. Bili so tako hitri, da bi raziskave, začete dovolj zgodaj, lahko prevesile tehtnico v eno ali drugo smer.
Združene države so imele veliko materiala in možganov (od katerih so mnogi pobegnili iz Hitlerjeve Nemčije) in so bile oddaljene od neposrednih bitk za preživetje in prevlado, ki so vplivale na druge države. To je državi omogočilo, da se je te lekcije še posebej jasno naučila. To se je pokazalo v dejstvu, da so bili v ustvarjanje prvega atomskega orožja vloženi ogromni industrijski in intelektualni viri. Manj znana, a enako pomembna ali manjša naložba je bila naložba v radarsko tehnologijo, osredotočeno na MIT-jev Rad Lab.
Tako je nastajajoče področje avtomatskega računalništva prejelo svoj delež vojaškega financiranja, čeprav v veliko manjšem obsegu. Opazili smo že vrsto elektromehanskih računalniških projektov, ki jih je ustvarila vojna. Potencial relejnih računalnikov je bil relativno dobro znan, saj so telefonske centrale s tisočimi releji do takrat delovale že vrsto let. Elektronske komponente še niso dokazale svoje zmogljivosti v takšnem obsegu. Večina strokovnjakov je verjela, da bi bil elektronski računalnik neizogibno nezanesljiv (primer je bil ABC) ali da bi za izdelavo trajalo predolgo. Kljub nenadnemu dotoku državnega denarja je bilo vojaških elektronskih računalniških projektov le malo. Izstreljeni so bili le trije, le dva pa sta povzročila delujoče stroje.
V Nemčiji je telekomunikacijski inženir Helmut Schreyer svojemu prijatelju Konradu Zuseju dokazal vrednost elektronskega stroja pred elektromehanskim "V3", ki ga je Zuse gradil za letalsko industrijo (kasneje znan kot Z3). Zuse se je na koncu strinjal, da bo delal na drugem projektu s Schreyerjem, Inštitut za letalske raziskave pa je konec leta 100 ponudil financiranje prototipa s 1941 cevmi. Toda moža sta se najprej lotila vojnega dela z višjo prioriteto, nato pa je bilo njuno delo močno upočasnjeno zaradi bombardiranja, zaradi česar jima stroj ni mogel zagotoviti zanesljivega delovanja.
Zuse (desno) in Schreyer (levo) delata na elektromehanskem računalniku v berlinskem stanovanju Zusejevih staršev
In prvi elektronski računalnik, ki je opravil koristno delo, je bil ustvarjen v tajnem laboratoriju v Veliki Britaniji, kjer je telekomunikacijski inženir predlagal radikalno nov pristop k kriptoanalizi na osnovi ventilov. To zgodbo razkrijemo naslednjič.
Kaj še brati:
• Alice R. Burks in Arthur W. Burks, Prvi elektronski računalnik: Atansoffova zgodba (1988)
• David Ritchie, Računalniški pionirji (1986)
• Jane Smiley, Človek, ki je izumil računalnik (2010)
Vir: www.habr.com