Остали чланци из серије:
- Историја штафете
- Историја електронских рачунара
- Историја транзистора
- Интернет историја
Као што смо видели у , радио и телефонски инжењери у потрази за снажнијим појачавачима открили су ново технолошко поље које је брзо названо електроником. Електронско појачало се лако може претворити у дигитални прекидач, који ради на много већим брзинама од његовог електромеханичког рођака, телефонског релеја. Пошто није било механичких делова, вакуумска цев је могла да се укључи и искључи за микросекунду или мање, уместо десет милисекунди или више које захтева релеј.
Од 1939. до 1945. створена су три рачунара користећи ове нове електронске компоненте. Није случајно да се датуми њихове изградње поклапају са периодом Другог светског рата. Овај сукоб – без премца у историји по начину на који је људе привукао у ратна кола – заувек је променио однос између држава и између науке и технологије, а такође је донео велики број нових уређаја свету.
Приче о три прва електронска компјутера испреплетене су ратом. Први је био посвећен дешифровању немачких порука и остао је под окриљем тајне све до 1970-их, када више није био интересантан осим историјског. Други за који је већина читалаца требало да чује је ЕНИАЦ, војни калкулатор који је завршен прекасно да би помогао у рату. Али овде гледамо најранију од ове три машине, замисао .
Atanasov
1930. Атанасов, рођен у Америци, син емигранта из , коначно остварио свој младалачки сан и постао теоријски физичар. Али, као и код већине таквих тежњи, стварност није била оно што је очекивао. Конкретно, као и већина студената техничких и физичких наука у првој половини 20. века, Атанасов је морао да трпи болне терете сталних прорачуна. Његова дисертација на Универзитету у Висконсину о поларизацији хелијума захтевала је осам недеља досадних прорачуна помоћу механичког столног калкулатора.
Јован Атанасов у младости
До 1935. године, пошто је већ прихватио место професора на Универзитету у Ајови, Атанасов је одлучио да уради нешто у вези са овим теретом. Почео је да размишља о могућим начинима да направи нови, моћнији рачунар. Одбацујући аналогне методе (као што је МИТ диференцијални анализатор) из разлога ограничења и непрецизности, одлучио је да направи дигиталну машину која се бави бројевима као дискретним вредностима, а не као континуираним мерењима. Од младости је био упознат са бинарним бројевним системом и схватио је да се он много боље уклапа у он/офф структуру дигиталног прекидача од уобичајених децималних бројева. Зато је одлучио да направи бинарну машину. И на крају, одлучио је да, како би био најбржи и најфлексибилнији, буде електронски, и да користи вакуумске цеви за прорачуне.
Атанасов је такође морао да одлучи о проблемском простору - за које прорачуне би његов рачунар требао бити погодан? Као резултат тога, одлучио је да ће се бавити решавањем система линеарних једначина, сводећи их на једну променљиву (користећи ) — исте калкулације које су доминирале у његовој дисертацији. Подржаће до тридесет једначина, са до тридесет променљивих свака. Такав компјутер би могао да реши проблеме који су важни за научнике и инжењере, а да у исто време не изгледа да је невероватно сложен.
Уметничко дело
До средине 1930-их, електронска технологија је постала изузетно разнолика од свог порекла 25 година раније. Два развоја била су посебно погодна за Атанасов пројекат: релеј окидача и електронски мерач.
Од 1918. века инжењери телеграфа и телефона су имали на располагању практичан уређај који се зове прекидач. Прекидач је бистабилни релеј који користи трајне магнете да га држи у стању у којем сте га оставили - отворен или затворен - све док не прими електрични сигнал за пребацивање стања. Али вакуумске цеви нису биле способне за ово. Они нису имали механичку компоненту и могли су бити "отворени" или "затворени" док струја тече или не тече кроз коло. Године 1, два британска физичара, Вилијам Еклис и Френк Џордан, повезали су две лампе жицама како би створили „релеј окидача“ - електронски релеј који остаје стално укључен након што се укључи почетним импулсом. Еклс и Џордан су на крају Првог светског рата створили свој систем за телекомуникационе сврхе за Британско Адмиралитет. Али коло Еклес-Јордан, које је касније постало познато као окидач [енглески. флип-флоп] се такође може сматрати уређајем за чување бинарне цифре – 0 ако се сигнал преноси, а XNUMX у супротном. На овај начин, кроз н флип-флопова било је могуће представити бинарни број од н битова.
Десетак година након покретања, догодио се други велики пробој у електроници, који се сударио са светом рачунарства: електронски бројила. Још једном, као што се често дешавало у раној историји рачунарства, досада је постала мајка проналаска. Физичари који су проучавали емисију субатомских честица морали су или да слушају кликове или проводе сате проучавајући фотографске записе, бројећи број детекција да би измерили брзину емисије честица из различитих супстанци. Механичка или електромеханичка бројила су била примамљива опција за олакшавање ових радњи, али су се кретала преспоро: нису могла да региструју многе догађаје који су се десили у року од неколико милисекунди један од другог.
Кључна фигура у решавању овог проблема била је , који је радио под Ернестом Радерфордом у Лабораторији Кевендиш у Кембриџу. Винне-Виллиамс је имао талента за електронику и већ је користио цеви (или вентиле, како су их звали у Британији) да створи појачала која су омогућавала да се чује шта се дешава са честицама. Почетком 1930-их, схватио је да се вентили могу користити за креирање бројача, који је назвао „бројач бинарне скале“ – то јест, бинарни бројач. У суштини, то је био сет јапанки који су могли да преносе прекидаче навише у ланцу (у пракси је користио , типови лампи које не садрже вакуум, већ гас, који би могао остати у укљученом положају након потпуне јонизације гаса).
Винне-Виллиамс бројач је брзо постао један од неопходних лабораторијских уређаја за све који се баве физиком честица. Физичари су направили веома мале бројаче, који често садрже три цифре (то јест, способни да броје до седам). за споро механички мерач, и за снимање догађаја који се дешавају брже од мерача са споро покретним механичким деловима.
Али у теорији, такви бројачи се могу проширити на бројеве произвољне величине или прецизности. То су, строго говорећи, биле прве дигиталне електронске рачунске машине.
Атанасов-Берри компјутер
Атанасов је био упознат са овом причом, што га је уверило у могућност изградње електронског рачунара. Али није директно користио бинарне бројаче или јапанке. У почетку је за основу система бројања покушао да користи мало модификоване бројалице - уосталом, шта је сабирање ако не поновљено бројање? Али из неког разлога није могао да учини кругове за бројање довољно поузданим и морао је да развије сопствена кола за сабирање и множење. Није могао да користи јапанке за привремено складиштење бинарних бројева јер је имао ограничен буџет и амбициозан циљ да складишти тридесет коефицијената истовремено. Као што ћемо ускоро видети, ова ситуација је имала озбиљне последице.
До 1939. Атанасов је завршио дизајн свог рачунара. Сада му је требао неко са правим знањем да га изгради. Пронашао је такву особу код дипломираног инжењера Државног института Ајове по имену Клифорд Бери. До краја године Атанасов и Бери су направили мали прототип. Следеће године су завршили пуну верзију рачунара са тридесет коефицијената. Шездесетих година прошлог века, писац који је ископао њихову историју назвао га је Атанасофф-Берри Цомпутер (АБЦ), и име се задржало. Међутим, сви недостаци нису могли бити отклоњени. Конкретно, АБЦ је имао грешку од око једне бинарне цифре у 1960, што би било кобно за сваки велики прорачун.
Клифорд Бери и АБЦ 1942. године
Међутим, у Атанасову и његовом АБЦ-у могу се наћи корени и извори свих савремених рачунара. Није ли он створио (уз способну помоћ Берија) први бинарни електронски дигитални рачунар? Нису ли ово основне карактеристике милијарди уређаја који обликују и покрећу економије, друштва и културе широм света?
Али вратимо се назад. Придеви дигитални и бинарни нису домен АБЦ. На пример, Белл Цомплек Нумбер Цомпутер (ЦНЦ), развијен отприлике у исто време, био је дигитални, бинарни, електромеханички рачунар способан да рачуна на сложеној равни. Такође, АБЦ и ЦНЦ су били слични по томе што су решавали проблеме на ограниченом подручју и нису могли, за разлику од савремених рачунара, да прихвате произвољан редослед инструкција.
Оно што остаје је „електронско“. Али иако су АБЦ-јеве математичке унутрашњости биле електронске, функционисале су при електромеханичким брзинама. Пошто Атанасов и Бери нису били финансијски у могућности да користе вакуумске цеви за складиштење хиљада бинарних цифара, користили су електромеханичке компоненте да то ураде. Неколико стотина триода, које су обављале основне математичке прорачуне, биле су окружене ротирајућим бубњевима и вртећим машинама за пробијање, где су биле ускладиштене међувредности свих рачунских корака.
Атанасов и Бери су урадили херојски посао читања и уписивања података на бушене картице огромном брзином тако што су их спаљивали струјом уместо да их ударају механички. Али то је довело до сопствених проблема: апарат за сагоревање је био одговоран за 1 грешку на 10000 бројева. Штавише, чак ни у свом најбољем издању, машина није могла да "буши" брже од једне линије у секунди, тако да је АБЦ могао да изврши само један прорачун у секунди са сваком од својих тридесет аритметичких јединица. Остатак времена вакуумске цеви су мировале и нестрпљиво „бубњале прстима по столу“, док се сва ова машинерија болно споро вртела око њих. Атанасов и Бери су закачили расног коња за кола за сено. (Вођа пројекта поновног креирања АБЦ-а деведесетих година прошлог века проценио је максималну брзину машине, узимајући у обзир сво утрошено време, укључујући и рад оператера на специфицирању задатка, на пет сабирања или одузимања у секунди. Ово, наравно, је бржи од људског рачунара, али није исте брзине, коју повезујемо са електронским рачунарима.)
АБЦ дијаграм. Бубњеви су чували привремени улаз и излаз на кондензаторима. Коло за бушење тиратрон картице и читач картица су снимили и прочитали резултате целог корака алгоритма (елиминишући једну од варијабли из система једначина).
Рад на АБЦ-у је стао средином 1942. када су се Атанасоф и Бери пријавили за брзо растућу америчку ратну машину, која је захтевала и мозак, али и тела. Атанасов је позван у Лабораторију за морнаричко наоружање у Вашингтону да води тим за развој акустичних мина. Бери се оженио Атанасовљевом секретарицом и нашао посао у војној уговорној компанији у Калифорнији како би избегао регрутацију у рат. Атанасов је неко време покушавао да патентира своју креацију у држави Ајова, али безуспешно. После рата је прешао на друге ствари и више се није озбиљно бавио компјутерима. Сам компјутер је 1948. послат на депонију како би у канцеларији направио места за новог дипломца института.
Можда је Атанасов једноставно почео да ради прерано. Ослањао се на скромне универзитетске грантове и могао је да потроши само неколико хиљада долара да створи АБЦ, тако да је економија превазишла све друге бриге у његовом пројекту. Да је чекао до раних 1940-их, можда би добио владин грант за комплетан електронски уређај. А у овом стању – ограничено у употреби, тешко за контролу, непоуздан, не баш брз – АБЦ није била обећавајућа реклама за предности електронског рачунарства. Америчка ратна машина, упркос свој компјутерској глади, оставила је АБЦ да зарђа у граду Амес, Ајова.
Ратне рачунарске машине
Први светски рат створио је и покренуо систем масовног улагања у науку и технологију и припремио га за Други светски рат. За само неколико година пракса ратовања на копну и мору прешла је на употребу отровних гасова, магнетних мина, ваздушно извиђање и бомбардовање итд. Ниједан политички или војни лидер није могао да не примети тако брзе промене. Били су толико брзи да је истраживање започето довољно рано могло да преокрене вагу у једном или другом правцу.
Сједињене Државе су имале доста материјала и мозга (од којих су многи побегли из Хитлерове Немачке) и биле су подаље од непосредних битака за опстанак и доминацију које су утицале на друге земље. Ово је омогућило земљи да посебно јасно научи ову лекцију. То се манифестовало у чињеници да су огромни индустријски и интелектуални ресурси били посвећени стварању првог атомског оружја. Мање позната, али подједнако важна или мања инвестиција била је инвестиција у радарску технологију са средиштем у МИТ-овој Рад Лаб.
Тако је новонастало поље аутоматског рачунарства добило свој део војног финансирања, иако у много мањем обиму. Већ смо приметили разноврсност електромеханичких рачунарских пројеката које је генерисао рат. Потенцијал компјутера базираних на релеју био је, релативно говорећи, познат, пошто су телефонске централе са хиљадама релеја биле у функцији већ дуги низ година. Електронске компоненте још нису доказале своје перформансе у таквом обиму. Већина стручњака је веровала да би електронски рачунар неизбежно био непоуздан (АБЦ је био пример) или да би му требало предуго да се направи. Упркос изненадном приливу државног новца, пројекти војних електронских рачунара били су малобројни. Само три су лансиране, а само две од њих су резултирале оперативним машинама.
У Немачкој, инжењер телекомуникација Хелмут Шрајер доказао је свом пријатељу Конраду Зусеу вредност електронске машине у односу на електромеханички „В3“ који је Зусе градио за аеронаутичку индустрију (касније познат као З3). Зусе је на крају пристао да ради на другом пројекту са Сцхреиером, а Институт за аеронаутичка истраживања понудио је да финансира прототип од 100 цеви крајем 1941. Али двојица мушкараца су прво преузели ратни посао вишег приоритета, а затим је њихов рад озбиљно успорен због оштећења од бомбардовања, због чега нису могли да натерају своју машину да поуздано ради.
Зусе (десно) и Шрајер (лево) раде на електромеханичком рачунару у берлинском стану Цузеових родитеља
А први електронски рачунар који је обавио користан посао створен је у тајној лабораторији у Британији, где је инжењер телекомуникација предложио радикално нови приступ криптоанализи заснованој на вентилима. Следећи пут ћемо открити ову причу.
Шта још читати:
• Алице Р. Буркс и Артхур В. Буркс, Први електронски рачунар: Атансоффова прича (1988)
• Дејвид Ричи, Компјутерски пионири (1986)
• Џејн Смајли, човек који је изумео компјутер (2010)
Извор: ввв.хабр.цом