Andra artiklar i serien:
- Reläets historia
- Elektroniska datorers historia
- Transistorns historia
- Internet historia
Som vi såg in , upptäckte radio- och telefoningenjörer på jakt efter mer kraftfulla förstärkare ett nytt tekniskt område som snabbt kallades elektronik. Den elektroniska förstärkaren skulle lätt kunna omvandlas till en digital omkopplare, som arbetar med mycket högre hastigheter än sin elektromekaniska kusin, telefonreläet. Eftersom det inte fanns några mekaniska delar kunde ett vakuumrör slås på och av på en mikrosekund eller mindre, snarare än de tio millisekunder eller mer som krävs av ett relä.
Från 1939 till 1945 skapades tre datorer med dessa nya elektroniska komponenter. Det är ingen slump att datumen för deras konstruktion sammanfaller med andra världskrigets period. Denna konflikt – som saknar motstycke i historien på det sätt som den förde människor till krigets vagn – förändrade för alltid förhållandet mellan stater och mellan vetenskap och teknik, och förde också med sig ett stort antal nya enheter till världen.
Berättelserna om de tre första elektroniska datorerna är sammanflätade med krig. Den första ägnades åt att dechiffrera tyska meddelanden, och förblev under skydd av sekretess fram till 1970-talet, då det inte längre var av något annat intresse än historiskt. Den andra som de flesta läsare borde ha hört talas om var ENIAC, en militär kalkylator som färdigställdes för sent för att hjälpa till i kriget. Men här tittar vi på den tidigaste av dessa tre maskiner, skapandet av .
Atanasov
1930, Atanasov, den amerikanskfödde sonen till en emigrant från , uppnådde äntligen sin ungdomsdröm och blev en teoretisk fysiker. Men, som med de flesta sådana ambitioner, var verkligheten inte vad han förväntade sig. I synnerhet, som de flesta studenter inom ingenjörsvetenskap och fysik under första hälften av XNUMX-talet, fick Atanasov utstå de smärtsamma bördorna av ständiga beräkningar. Hans avhandling vid University of Wisconsin om polarisering av helium krävde åtta veckors tråkiga beräkningar med hjälp av en mekanisk skrivbordsräknare.
John Atanasov i sin ungdom
År 1935, efter att ha accepterat en position som professor vid University of Iowa, beslutade Atanasov att göra något åt denna börda. Han började fundera på möjliga sätt att bygga en ny, kraftfullare dator. Genom att avvisa analoga metoder (som MIT-differentialanalysatorn) på grund av begränsningar och osäkerhet, bestämde han sig för att bygga en digital maskin som hanterade siffror som diskreta värden snarare än som kontinuerliga mätningar. Från sin ungdom var han bekant med det binära talsystemet och förstod att det passar mycket bättre in i på/av-strukturen för en digital switch än de vanliga decimaltalen. Så han bestämde sig för att göra en binär maskin. Och till sist bestämde han att för att det ska vara snabbast och smidigast ska det vara elektroniskt och använda vakuumrör för beräkningar.
Atanasov behövde också ta ställning till problemutrymmet - vilken typ av beräkningar skulle hans dator vara lämplig för? Som ett resultat beslutade han att han skulle ta itu med att lösa system av linjära ekvationer, reducera dem till en enda variabel (med hjälp av )—samma beräkningar som dominerade hans avhandling. Den kommer att stödja upp till trettio ekvationer, med upp till trettio variabler vardera. En sådan dator skulle kunna lösa problem som är viktiga för forskare och ingenjörer, och samtidigt verkar den inte vara otroligt komplex.
Konstverk
Vid mitten av 1930-talet hade den elektroniska tekniken blivit extremt diversifierad från dess ursprung 25 år tidigare. Två utvecklingar var särskilt väl lämpade för Atanasovs projekt: ett triggerrelä och en elektronisk mätare.
Sedan 1918-talet har telegraf- och telefoningenjörer haft till sitt förfogande en behändig anordning som kallas en switch. En switch är ett bistabilt relä som använder permanentmagneter för att hålla det i det tillstånd du lämnade det i – öppet eller stängt – tills det tar emot en elektrisk signal för att byta tillstånd. Men vakuumrör var inte kapabla till detta. De hade ingen mekanisk komponent och kunde vara "öppna" eller "stängda" medan elektricitet flödade eller inte flödade genom kretsen. År 1 kopplade två brittiska fysiker, William Eccles och Frank Jordan, två lampor med ledningar för att skapa ett "triggerrelä" - ett elektroniskt relä som förblir konstant på efter att ha slagits på av en första impuls. Eccles och Jordan skapade sitt system för telekommunikationsändamål för det brittiska amiralitetet i slutet av första världskriget. Men Eccles-Jordan-kretsen, som senare blev känd som triggern [engelska. flip-flop] kan också betraktas som en anordning för att lagra en binär siffra - 0 om signalen sänds och XNUMX annars. På detta sätt var det möjligt att representera ett binärt antal n bitar genom n vippor.
Ungefär tio år efter triggern inträffade det andra stora genombrottet inom elektronik, som kolliderade med datorvärlden: elektroniska mätare. Återigen, som ofta hände i datorernas tidiga historia, blev tristess uppfinningarnas moder. Fysiker som studerade utsläppet av subatomära partiklar var tvungna att antingen lyssna efter klick eller ägna timmar åt att studera fotografiska poster, räkna antalet upptäckter för att mäta graden av partikelutsläpp från olika ämnen. Mekaniska eller elektromekaniska mätare var ett frestande alternativ för att underlätta dessa åtgärder, men de gick för långsamt: de kunde inte registrera de många händelser som inträffade inom millisekunder från varandra.
Nyckelfiguren för att lösa detta problem var , som arbetade under Ernest Rutherford vid Cavendish Laboratory i Cambridge. Wynne-Williams hade en talang för elektronik, och hade redan använt rör (eller ventiler, som de kallades i Storbritannien) för att skapa förstärkare som gjorde det möjligt att höra vad som hände med partiklar. I början av 1930-talet insåg han att ventiler kunde användas för att skapa en räknare, som han kallade en "binär skala räknare" - det vill säga en binär räknare. I huvudsak var det en uppsättning flip-flops som kunde överföra strömbrytare uppåt kedjan (i praktiken använde den , typer av lampor som inte innehåller ett vakuum, utan en gas, som kan förbli i påslaget läge efter fullständig jonisering av gasen).
Wynne-Williams-disken blev snabbt en av de nödvändiga laboratorieanordningarna för alla som är involverade i partikelfysik. Fysiker byggde mycket små räknare, som ofta innehöll tre siffror (det vill säga kan räkna upp till sju). för en långsam mekanisk mätare och för att registrera händelser som inträffar snabbare än en mätare med långsamt rörliga mekaniska delar kan registrera.
Men i teorin kan sådana räknare utökas till antal av godtycklig storlek eller precision. Dessa var strängt taget de första digitala elektroniska räknemaskinerna.
Atanasov-Berry dator
Atanasov var bekant med denna historia, som övertygade honom om möjligheten att bygga en elektronisk dator. Men han använde inte direkt binära räknare eller flip-flops. Först försökte han, som bas för räknesystemet, använda lätt modifierade räknare - trots allt, vad är addition om inte upprepad räkning? Men av någon anledning kunde han inte göra räknekretsarna tillräckligt tillförlitliga, och han var tvungen att utveckla sina egna additions- och multiplikationskretsar. Han kunde inte använda flipflops för att tillfälligt lagra binära tal eftersom han hade en begränsad budget och ett ambitiöst mål att lagra trettio koefficienter åt gången. Som vi snart kommer att se fick denna situation allvarliga konsekvenser.
År 1939 hade Atanasov designat sin dator färdigt. Nu behövde han någon med rätt kunskap för att bygga den. Han hittade en sådan person i en civilingenjörsexamen från Iowa State Institute som heter Clifford Berry. I slutet av året hade Atanasov och Berry byggt en liten prototyp. Året därpå färdigställde de en fullständig version av datorn med trettio koefficienter. På 1960-talet kallade en författare som grävde fram sin historia den Atanasoff-Berry Computer (ABC), och namnet fastnade. Alla brister kunde dock inte elimineras. I synnerhet hade ABC ett fel på ungefär en binär siffra på 10000 XNUMX, vilket skulle vara ödesdigert för alla stora beräkningar.
Clifford Berry och ABC 1942
Men i Atanasov och hans ABC kan man hitta rötterna och källan till alla moderna datorer. Skapade han inte (med hjälp av Berry) den första binära elektroniska digitala datorn? Är inte dessa de grundläggande egenskaperna hos de miljarder enheter som formar och driver ekonomier, samhällen och kulturer runt om i världen?
Men låt oss gå tillbaka. Adjektiven digital och binär är inte ABC:s domän. Till exempel var Bell Complex Number Computer (CNC), som utvecklades ungefär samtidigt, en digital, binär, elektromekanisk dator som kunde beräkna på det komplexa planet. Dessutom var ABC och CNC lika genom att de löste problem inom ett begränsat område och kunde inte, till skillnad från moderna datorer, acceptera en godtycklig sekvens av instruktioner.
Det som återstår är "elektroniskt". Men även om ABCs matematiska inre var elektroniska, fungerade den med elektromekaniska hastigheter. Eftersom Atanasov och Berry var ekonomiskt oförmögna att använda vakuumrör för att lagra tusentals binära siffror, använde de elektromekaniska komponenter för att göra det. Flera hundra trioder, som utförde grundläggande matematiska beräkningar, var omgivna av roterande trummor och snurrande stansmaskiner, där mellanvärden för alla beräkningssteg lagrades.
Atanasoff och Berry gjorde ett heroiskt jobb med att läsa och skriva data på hålkort i enorm hastighet genom att bränna dem med elektricitet istället för att stansa dem mekaniskt. Men detta ledde till sina egna problem: det var brinnapparaten som var ansvarig för 1 fel per 10000 1990 nummer. Dessutom, även på sitt bästa, kunde maskinen inte "stansa" snabbare än en rad per sekund, så ABC kunde bara utföra en beräkning per sekund med var och en av sina trettio aritmetiska enheter. Under resten av tiden satt vakuumrören sysslolösa och otåligt "trummade med fingrarna på bordet" medan allt detta maskineri kretsade smärtsamt långsamt runt dem. Atanasov och Berry kopplade fullblodshästen till hövagnen. (Ledaren för projektet att återskapa ABC på XNUMX-talet uppskattade maskinens maximala hastighet, med hänsyn tagen till all tid som spenderades, inklusive operatörens arbete med att specificera uppgiften, med fem tillägg eller subtraktioner per sekund. Detta, naturligtvis, är snabbare än en mänsklig dator, men inte samma hastighet som vi förknippar med elektroniska datorer.)
ABC-diagram. Trummorna lagrade temporär ingång och utgång på kondensatorer. Tyratronkortets stanskrets och kortläsare registrerade och läste resultaten av ett helt steg i algoritmen (eliminerade en av variablerna från ekvationssystemet).
Arbetet med ABC avstannade i mitten av 1942 när Atanasoff och Berry anmälde sig till den snabbt växande amerikanska krigsmaskinen, som krävde både hjärnor och kroppar. Atanasov kallades till Naval Ordnance Laboratory i Washington för att leda ett team som utvecklade akustiska minor. Berry gifte sig med Atanasovs sekreterare och hittade ett jobb på ett militärt kontraktsföretag i Kalifornien för att undvika att bli inkallad till kriget. Atanasov försökte under en tid patentera sin skapelse i delstaten Iowa, men utan resultat. Efter kriget gick han över till andra saker och var inte längre inblandad på allvar med datorer. Själva datorn skickades till en soptipp 1948 för att göra plats på kontoret för en nyutexaminerad från institutet.
Kanske började Atanasov helt enkelt arbeta för tidigt. Han förlitade sig på blygsamma universitetsbidrag och kunde spendera bara några tusen dollar för att skapa ABC, så ekonomin ersatte alla andra problem i hans projekt. Om han hade väntat till början av 1940-talet hade han kanske fått statsbidrag för en fullfjädrad elektronisk apparat. Och i detta tillstånd - begränsad i användning, svår att kontrollera, opålitlig, inte särskilt snabb - var ABC inte en lovande reklam för fördelarna med elektronisk datoranvändning. Den amerikanska krigsmaskinen, trots all sin datorhunger, lämnade ABC för att rosta i staden Ames, Iowa.
Krigsdatormaskiner
Första världskriget skapade och lanserade ett system med massiva investeringar i vetenskap och teknik och förberedde det för andra världskriget. På bara några år övergick bruket av krigföring på land och till sjöss till användning av giftgaser, magnetiska minor, flygspaning och bombning osv. Ingen politisk eller militär ledare kunde undgå att lägga märke till så snabba förändringar. De var så snabba att forskningen startade tillräckligt tidigt kunde tippa vågen åt ena eller andra hållet.
USA hade gott om material och hjärnor (av vilka många hade flytt från Hitlertyskland) och var på avstånd från de omedelbara striderna för överlevnad och dominans som drabbade andra länder. Detta gjorde det möjligt för landet att lära sig denna läxa särskilt tydligt. Detta manifesterades i det faktum att stora industriella och intellektuella resurser ägnades åt skapandet av det första atomvapnet. En mindre känd, men lika viktig eller mindre investering var investeringen i radarteknik centrerad på MIT:s Rad Lab.
Så det begynnande området för automatisk datoranvändning fick sin del av militär finansiering, om än i mycket mindre skala. Vi har redan noterat mångfalden av elektromekaniska datorprojekt som genererades av kriget. Potentialen med reläbaserade datorer var relativt sett känd eftersom telefonväxlar med tusentals reläer vid den tiden hade varit i drift i många år. Elektroniska komponenter har ännu inte bevisat sin prestanda i en sådan skala. De flesta experter trodde att en elektronisk dator oundvikligen skulle vara opålitlig (ABC var ett exempel) eller skulle ta för lång tid att bygga. Trots det plötsliga inflödet av statliga pengar var militära elektroniska datorprojekt få och långt emellan. Endast tre sjösattes, och endast två av dem resulterade i operativa maskiner.
I Tyskland bevisade telekommunikationsingenjören Helmut Schreyer för sin vän Konrad Zuse värdet av den elektroniska maskinen över den elektromekaniska "V3" som Zuse byggde för flygindustrin (senare känd som Z3). Zuse gick så småningom med på att arbeta på ett andra projekt med Schreyer, och Aeronautical Research Institute erbjöd sig att finansiera en 100-rörsprototyp i slutet av 1941. Men de två männen började först med högre prioritet krigsarbete och sedan bromsades deras arbete avsevärt av bombskador, vilket gjorde att de inte kunde få sin maskin att fungera tillförlitligt.
Zuse (höger) och Schreyer (vänster) arbetar på en elektromekanisk dator i Zuses föräldrars lägenhet i Berlin
Och den första elektroniska datorn som gjorde användbart arbete skapades i ett hemligt laboratorium i Storbritannien, där en telekommunikationsingenjör föreslog ett radikalt nytt tillvägagångssätt för ventilbaserad kryptoanalys. Vi kommer att avslöja den här historien nästa gång.
Vad mer att läsa:
• Alice R. Burks och Arthur W. Burks, The First Electronic Computer: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, mannen som uppfann datorn (2010)
Källa: will.com