Các bài viết khác trong sê-ri:
- Lịch sử của rơle
- Lịch sử máy tính điện tử
- Lịch sử của bóng bán dẫn
- lịch sử Internet
Như chúng ta đã thấy ở Các kỹ sư vô tuyến và điện thoại đang tìm kiếm những bộ khuếch đại mạnh hơn đã phát hiện ra một lĩnh vực công nghệ mới nhanh chóng được mệnh danh là điện tử học. Bộ khuếch đại điện tử có thể dễ dàng được chuyển đổi thành một công tắc kỹ thuật số, hoạt động ở tốc độ cao hơn nhiều so với người anh em cơ điện của nó, rơle điện thoại. Vì không có bộ phận cơ khí nên ống chân không có thể được bật và tắt trong một phần triệu giây hoặc ít hơn, thay vì 10 mili giây hoặc hơn như yêu cầu của rơle.
Từ năm 1939 đến năm 1945, ba máy tính đã được tạo ra bằng cách sử dụng các linh kiện điện tử mới này. Không phải ngẫu nhiên mà ngày xây dựng lại trùng với thời kỳ Chiến tranh thế giới thứ hai. Cuộc xung đột này - chưa từng có trong lịch sử ở chỗ nó trói buộc con người vào cỗ xe chiến tranh - đã thay đổi mãi mãi mối quan hệ giữa các quốc gia và giữa khoa học và công nghệ, đồng thời cũng mang đến cho thế giới một số lượng lớn thiết bị mới.
Những câu chuyện về ba chiếc máy tính điện tử đầu tiên đều gắn liền với chiến tranh. Cơ quan đầu tiên được dành để giải mã các thông điệp của Đức và được giữ bí mật cho đến những năm 1970, khi nó không còn được quan tâm nữa ngoài lịch sử. Cái thứ hai mà hầu hết độc giả chắc hẳn đã nghe đến là ENIAC, một chiếc máy tính quân sự được hoàn thiện quá muộn để hỗ trợ trong chiến tranh. Nhưng ở đây chúng ta xem xét chiếc máy đầu tiên trong số ba chiếc máy này, đứa con tinh thần của .
Atanasov
Năm 1930, Atanasov, con trai sinh ra ở Mỹ của một người nhập cư từ , cuối cùng đã đạt được ước mơ tuổi trẻ của mình và trở thành nhà vật lý lý thuyết. Tuy nhiên, cũng như hầu hết những nguyện vọng như vậy, thực tế không như anh mong đợi. Đặc biệt, giống như hầu hết sinh viên ngành kỹ thuật và vật lý nửa đầu thế kỷ 20, Atanasov phải chịu gánh nặng đau đớn của những phép tính liên tục. Luận án của ông tại Đại học Wisconsin về sự phân cực của helium đòi hỏi tám tuần tính toán tẻ nhạt bằng máy tính để bàn cơ học.
John Atanasov thời trẻ
Đến năm 1935, sau khi nhận chức giáo sư tại Đại học Iowa, Atanasov quyết định làm điều gì đó để giải quyết gánh nặng này. Anh bắt đầu nghĩ về những cách khả thi để chế tạo một chiếc máy tính mới mạnh hơn. Từ chối các phương pháp tương tự (chẳng hạn như máy phân tích vi phân MIT) vì lý do hạn chế và thiếu chính xác, ông quyết định chế tạo một máy kỹ thuật số xử lý các số dưới dạng giá trị rời rạc thay vì đo liên tục. Từ khi còn trẻ, anh đã quen thuộc với hệ thống số nhị phân và hiểu rằng nó phù hợp hơn nhiều với cấu trúc bật/tắt của công tắc kỹ thuật số so với các số thập phân thông thường. Vì vậy, anh quyết định chế tạo một máy nhị phân. Và cuối cùng, anh quyết định rằng để nó nhanh nhất và linh hoạt nhất thì phải là điện tử, và sử dụng ống chân không để tính toán.
Atanasov cũng cần phải quyết định không gian bài toán - máy tính của anh ấy nên phù hợp với loại tính toán nào? Kết quả là, ông quyết định sẽ giải quyết các hệ phương trình tuyến tính, quy chúng về một biến duy nhất (sử dụng )—các phép tính tương tự đã chi phối luận án của ông. Nó sẽ hỗ trợ tối đa ba mươi phương trình, với tối đa ba mươi biến mỗi phương trình. Một chiếc máy tính như vậy có thể giải quyết các vấn đề quan trọng đối với các nhà khoa học và kỹ sư, đồng thời nó dường như không quá phức tạp.
Tác phẩm nghệ thuật
Vào giữa những năm 1930, công nghệ điện tử đã trở nên vô cùng đa dạng so với 25 năm trước đó. Hai dự án phát triển đặc biệt phù hợp với dự án của Atanasov: rơle kích hoạt và đồng hồ đo điện tử.
Kể từ thế kỷ 1918, các kỹ sư điện báo và điện thoại đã có sẵn một thiết bị tiện dụng gọi là công tắc. Công tắc là một rơle có thể đóng được, sử dụng nam châm vĩnh cửu để giữ nó ở trạng thái mà bạn để nó ở trạng thái—mở hoặc đóng—cho đến khi nó nhận được tín hiệu điện để chuyển trạng thái. Nhưng ống chân không không có khả năng này. Chúng không có thành phần cơ khí và có thể "mở" hoặc "đóng" khi có hoặc không có dòng điện chạy qua mạch điện. Năm 1, hai nhà vật lý người Anh là William Eccles và Frank Jordan đã nối hai chiếc đèn bằng dây dẫn để tạo ra một “rơle kích hoạt” - một loại rơle điện tử luôn bật sau khi được bật bởi một xung lực ban đầu. Eccles và Jordan đã tạo ra hệ thống của họ nhằm mục đích viễn thông cho Bộ Hải quân Anh vào cuối Thế chiến thứ nhất. Nhưng mạch Eccles-Jordan, sau này được gọi là mạch kích hoạt [tiếng Anh. flip-flop] cũng có thể được coi là một thiết bị để lưu trữ số nhị phân - 0 nếu tín hiệu được truyền đi và XNUMX nếu ngược lại. Bằng cách này, thông qua n flip-flop có thể biểu diễn một số nhị phân n bit.
Khoảng mười năm sau vụ nổ, bước đột phá lớn thứ hai trong lĩnh vực điện tử đã xảy ra, va chạm với thế giới điện toán: đồng hồ đo điện tử. Một lần nữa, như thường lệ trong lịch sử ban đầu của máy tính, sự nhàm chán lại trở thành mẹ của các phát minh. Các nhà vật lý nghiên cứu sự phát xạ của các hạt hạ nguyên tử phải lắng nghe tiếng click hoặc dành hàng giờ để nghiên cứu các bản ghi ảnh, đếm số lần phát hiện để đo tốc độ phát xạ hạt từ các chất khác nhau. Máy đo cơ hoặc điện cơ là một lựa chọn hấp dẫn để tạo điều kiện thuận lợi cho những hoạt động này, nhưng chúng di chuyển quá chậm: chúng không thể ghi lại nhiều sự kiện xảy ra trong vòng một phần nghìn giây của nhau.
Nhân vật chủ chốt trong việc giải quyết vấn đề này là , người làm việc dưới sự hướng dẫn của Ernest Rutherford tại Phòng thí nghiệm Cavendish ở Cambridge. Wynne-Williams có sở trường về điện tử và đã sử dụng các ống (hoặc van, như người Anh gọi chúng) để tạo ra các bộ khuếch đại giúp có thể nghe thấy những gì đang xảy ra với các hạt. Vào đầu những năm 1930, ông nhận ra rằng van có thể được sử dụng để tạo ra một bộ đếm mà ông gọi là “bộ đếm tỷ lệ nhị phân” - tức là bộ đếm nhị phân. Về cơ bản, nó là một bộ flip-flop có thể truyền các công tắc lên chuỗi (trong thực tế, nó sử dụng , loại đèn không chứa chân không mà chứa khí, có thể duy trì ở vị trí bật sau khi khí bị ion hóa hoàn toàn).
Máy đếm Wynne-Williams nhanh chóng trở thành một trong những thiết bị thí nghiệm cần thiết cho bất kỳ ai tham gia vào lĩnh vực vật lý hạt. Các nhà vật lý đã chế tạo những máy đếm rất nhỏ, thường chứa ba chữ số (nghĩa là có khả năng đếm đến bảy). đối với đồng hồ đo cơ học chậm và để ghi lại các sự kiện xảy ra nhanh hơn đồng hồ đo có bộ phận cơ học chuyển động chậm có thể ghi lại.
Nhưng về lý thuyết, những bộ đếm như vậy có thể được mở rộng thành những con số có kích thước hoặc độ chính xác tùy ý. Nói đúng ra, đây là những máy tính điện tử kỹ thuật số đầu tiên.
Máy tính Atanasov-Berry
Atanasov đã quen thuộc với câu chuyện này, điều này đã thuyết phục ông về khả năng chế tạo một chiếc máy tính điện tử. Nhưng ông không trực tiếp sử dụng bộ đếm nhị phân hoặc flip-flop. Lúc đầu, để làm cơ sở cho hệ thống đếm, anh ấy đã cố gắng sử dụng các bộ đếm được sửa đổi một chút - xét cho cùng thì phép cộng là gì nếu không lặp lại việc đếm? Nhưng vì lý do nào đó mà anh ta không thể tạo ra các mạch đếm đủ tin cậy và anh ta phải phát triển các mạch cộng và nhân của riêng mình. Anh ta không thể sử dụng dép xỏ ngón để lưu trữ tạm thời các số nhị phân vì anh ta có ngân sách hạn chế và mục tiêu đầy tham vọng là lưu trữ ba mươi hệ số cùng một lúc. Như chúng ta sẽ sớm thấy, tình trạng này đã gây ra những hậu quả nghiêm trọng.
Đến năm 1939, Atanasov đã hoàn thành việc thiết kế máy tính của mình. Bây giờ anh ấy cần một người có kiến thức phù hợp để xây dựng nó. Anh ấy đã tìm thấy một người như vậy ở một sinh viên tốt nghiệp kỹ sư của Học viện Bang Iowa tên là Clifford Berry. Đến cuối năm đó, Atanasov và Berry đã chế tạo được một nguyên mẫu nhỏ. Năm sau họ hoàn thành phiên bản đầy đủ của chiếc máy tính với 1960 hệ số. Vào những năm 10000, một nhà văn đã tìm hiểu lịch sử của họ đã gọi nó là Máy tính Atanasoff-Berry (ABC), và cái tên đó vẫn được giữ nguyên. Tuy nhiên, không thể loại bỏ được tất cả những khuyết điểm. Đặc biệt, ABC có sai số khoảng một chữ số nhị phân trong XNUMX, điều này có thể gây tử vong cho bất kỳ phép tính lớn nào.
Clifford Berry và ABC năm 1942
Tuy nhiên, trong Atanasov và ABC của ông, người ta có thể tìm thấy nguồn gốc và nguồn gốc của tất cả các máy tính hiện đại. Chẳng phải anh ấy đã tạo ra (với sự giúp đỡ của Berry) chiếc máy tính kỹ thuật số điện tử nhị phân đầu tiên sao? Đây chẳng phải là những đặc điểm cơ bản của hàng tỷ thiết bị định hình và thúc đẩy nền kinh tế, xã hội và văn hóa trên khắp thế giới sao?
Nhưng chúng ta hãy quay trở lại. Các tính từ kỹ thuật số và nhị phân không phải là lĩnh vực của ABC. Ví dụ, Máy tính số phức Bell (CNC), được phát triển cùng thời gian, là một máy tính cơ điện tử, nhị phân, kỹ thuật số có khả năng tính toán trên mặt phẳng phức. Ngoài ra, ABC và CNC giống nhau ở chỗ chúng giải quyết các vấn đề trong một khu vực hạn chế và không giống như các máy tính hiện đại, không thể chấp nhận một chuỗi hướng dẫn tùy ý.
Những gì còn lại là “điện tử”. Nhưng mặc dù bộ phận toán học của ABC là điện tử nhưng nó vẫn hoạt động ở tốc độ cơ điện. Vì Atanasov và Berry không đủ khả năng tài chính để sử dụng ống chân không để lưu trữ hàng nghìn chữ số nhị phân nên họ đã sử dụng các bộ phận cơ điện để làm việc đó. Hàng trăm triode, thực hiện các phép tính toán học cơ bản, được bao quanh bởi các trống quay và máy đục lỗ kêu vo vo, nơi lưu trữ các giá trị trung gian của tất cả các bước tính toán.
Atanasoff và Berry đã thực hiện một công việc anh hùng khi đọc và ghi dữ liệu vào thẻ đục lỗ với tốc độ khủng khiếp bằng cách đốt chúng bằng điện thay vì đục lỗ một cách máy móc. Nhưng điều này lại dẫn đến những vấn đề riêng của nó: chính bộ máy ghi đĩa là nguyên nhân gây ra 1 lỗi trên 10000 số. Hơn nữa, ngay cả ở mức tốt nhất, máy cũng không thể "đấm" nhanh hơn một dòng mỗi giây, vì vậy ABC chỉ có thể thực hiện một phép tính mỗi giây với mỗi đơn vị trong số ba mươi đơn vị số học của nó. Trong thời gian còn lại, các ống chân không nằm im, sốt ruột “gõ ngón tay lên bàn” trong khi tất cả cỗ máy này quay chậm chạp một cách đau đớn xung quanh chúng. Atanasov và Berry buộc con ngựa thuần chủng vào xe chở cỏ khô. (Người đứng đầu dự án tái tạo ABC vào những năm 1990 đã ước tính tốc độ tối đa của máy, có tính đến toàn bộ thời gian sử dụng, bao gồm cả công việc của người vận hành trong việc xác định nhiệm vụ, với XNUMX lần cộng hoặc trừ mỗi giây. Tất nhiên, điều này nhanh hơn máy tính của con người, nhưng không bằng tốc độ mà chúng ta liên tưởng đến máy tính điện tử.)
Sơ đồ ABC. Trống lưu trữ đầu vào và đầu ra tạm thời trên tụ điện. Mạch đục lỗ thẻ thyratron và đầu đọc thẻ ghi lại và đọc kết quả của toàn bộ bước của thuật toán (loại bỏ một trong các biến khỏi hệ phương trình).
Công việc trên ABC bị đình trệ vào giữa năm 1942 khi Atanasoff và Berry đăng ký tham gia cỗ máy chiến tranh đang phát triển nhanh chóng của Hoa Kỳ, vốn đòi hỏi cả khối óc lẫn cơ thể. Atanasov được mời đến Phòng thí nghiệm Quân sự Hải quân ở Washington để lãnh đạo một nhóm phát triển mìn âm thanh. Berry kết hôn với thư ký của Atanasov và tìm được việc làm tại một công ty hợp đồng quân sự ở California để tránh bị đưa vào chiến tranh. Atanasov đã cố gắng cấp bằng sáng chế cho sản phẩm của mình ở bang Iowa trong một thời gian nhưng không có kết quả. Sau chiến tranh, ông chuyển sang làm việc khác và không còn gắn bó nghiêm túc với máy tính nữa. Bản thân chiếc máy tính đã được đưa đến bãi rác vào năm 1948 để nhường chỗ trong văn phòng cho một sinh viên mới tốt nghiệp của viện.
Có lẽ Atanasov chỉ bắt đầu làm việc quá sớm. Ông dựa vào nguồn tài trợ khiêm tốn của trường đại học và chỉ có thể chi vài nghìn đô la để tạo ra ABC, vì vậy nền kinh tế đã thay thế tất cả các mối quan tâm khác trong dự án của ông. Nếu đợi đến đầu những năm 1940, có lẽ ông đã nhận được trợ cấp của chính phủ để mua một thiết bị điện tử chính thức. Và trong tình trạng này - bị hạn chế sử dụng, khó kiểm soát, không đáng tin cậy, không nhanh lắm - ABC không phải là một quảng cáo đầy hứa hẹn về lợi ích của máy tính điện tử. Cỗ máy chiến tranh của Mỹ, bất chấp cơn đói máy tính, đã khiến ABC bị tàn phá ở thị trấn Ames, Iowa.
Máy tính chiến tranh
Chiến tranh thế giới thứ nhất đã tạo ra và đưa ra một hệ thống đầu tư lớn vào khoa học và công nghệ, đồng thời chuẩn bị cho Thế chiến thứ hai. Chỉ trong vài năm, hoạt động tác chiến trên bộ và trên biển đã chuyển sang sử dụng khí độc, mìn từ tính, trinh sát trên không và ném bom, v.v. Không một nhà lãnh đạo chính trị hay quân sự nào có thể không nhận thấy những thay đổi nhanh chóng như vậy. Chúng nhanh đến mức nghiên cứu bắt đầu đủ sớm có thể nghiêng cán cân theo hướng này hay hướng khác.
Hoa Kỳ có rất nhiều vật liệu và khối óc (nhiều người trong số họ đã chạy trốn khỏi nước Đức của Hitler) và đứng ngoài cuộc chiến sinh tồn và thống trị trước mắt đang ảnh hưởng đến các quốc gia khác. Điều này cho phép đất nước học được bài học này một cách đặc biệt rõ ràng. Điều này được thể hiện ở chỗ nguồn lực công nghiệp và trí tuệ khổng lồ đã được dành cho việc tạo ra vũ khí nguyên tử đầu tiên. Một khoản đầu tư ít được biết đến hơn nhưng không kém phần quan trọng hoặc nhỏ hơn là khoản đầu tư vào công nghệ radar tập trung tại Phòng thí nghiệm Rad của MIT.
Vì vậy, lĩnh vực điện toán tự động non trẻ đã nhận được phần tài trợ của quân đội, mặc dù ở quy mô nhỏ hơn nhiều. Chúng ta đã ghi nhận sự đa dạng của các dự án điện toán cơ điện do chiến tranh tạo ra. Nói một cách tương đối, tiềm năng của máy tính dựa trên chuyển tiếp đã được biết đến vì các tổng đài điện thoại với hàng nghìn trạm chuyển tiếp đã hoạt động trong nhiều năm vào thời điểm đó. Các linh kiện điện tử vẫn chưa chứng minh được hiệu suất của chúng ở quy mô như vậy. Hầu hết các chuyên gia tin rằng một máy tính điện tử chắc chắn sẽ không đáng tin cậy (ABC là một ví dụ) hoặc sẽ mất quá nhiều thời gian để xây dựng. Bất chấp dòng tiền chính phủ đổ vào đột ngột, các dự án máy tính điện tử quân sự vẫn còn rất ít. Chỉ có ba chiếc được phóng đi và chỉ có hai chiếc trong số đó đưa máy móc vào hoạt động.
Ở Đức, kỹ sư viễn thông Helmut Schreyer đã chứng minh cho người bạn Konrad Zuse thấy giá trị của máy điện tử so với máy cơ điện "V3" mà Zuse đang chế tạo cho ngành hàng không (sau này gọi là Z3). Cuối cùng Zuse đã đồng ý thực hiện dự án thứ hai với Schreyer và Viện Nghiên cứu Hàng không đã đề nghị tài trợ cho nguyên mẫu 100 ống vào cuối năm 1941. Nhưng trước tiên, hai người đàn ông đảm nhận công việc chiến tranh có mức độ ưu tiên cao hơn và sau đó công việc của họ bị chậm lại nghiêm trọng do thiệt hại do bom gây ra, khiến họ không thể khiến chiếc máy của mình hoạt động đáng tin cậy.
Zuse (phải) và Schreyer (trái) làm việc trên máy tính cơ điện trong căn hộ ở Berlin của bố mẹ Zuse
Và chiếc máy tính điện tử đầu tiên thực hiện công việc hữu ích đã được tạo ra trong một phòng thí nghiệm bí mật ở Anh, nơi một kỹ sư viễn thông đề xuất một cách tiếp cận hoàn toàn mới để phân tích mật mã dựa trên van. Chúng tôi sẽ tiết lộ câu chuyện này vào lần tới.
Có gì khác để đọc:
• Alice R. Burks và Arthur W. Burks, Máy tính điện tử đầu tiên: Câu chuyện Atansoff (1988)
• David Ritchie, Những người tiên phong về máy tính (1986)
• Jane Smiley, Người phát minh ra máy tính (2010)
Nguồn: www.habr.com