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正如我们在 无线电和电话工程师在寻找更强大的放大器时发现了一个很快被称为电子学的新技术领域。 电子放大器可以很容易地转换成数字开关，其运行速度比其机电表亲电话继电器要高得多。 由于没有机械部件，真空管可以在一微秒或更短的时间内打开和关闭，而不是继电器所需的十毫秒或更长时间。
从 1939 年到 1945 年，使用这些新电子元件制造了三台计算机。 它们的建造日期恰逢第二次世界大战时期并非巧合。 这场历史上前所未有的冲突，将人们束缚在战车上，永远改变了国家之间、科学技术之间的关系，也给世界带来了大量新设备。
三台第一台电子计算机的故事与战争交织在一起。 第一个致力于破译德国信息，一直处于保密状态，直到 1970 世纪 XNUMX 年代，当时它除了历史意义之外不再具有任何意义。 大多数读者应该听说过的第二个是ENIAC，这是一款军事计算器，但完成得太晚，无法帮助战争。 但在这里我们看看这三台机器中最早的一台，它是 .
阿塔纳索夫
1930 年，阿塔纳索夫 (Atanasov) 出生于美国，父亲是来自美国的移民。 ，终于实现了自己年轻时的梦想，成为一名理论物理学家。 但是，与大多数此类愿望一样，现实并非他所期望的那样。 特别是，像XNUMX世纪上半叶大多数工程和物理科学的学生一样，阿塔纳索夫不得不承受不断计算的痛苦负担。 他在威斯康星大学完成的关于氦极化的论文需要使用机械台式计算器进行八周的繁琐计算。
约翰·阿塔纳索夫年轻时
1935 年，阿塔纳索夫已经接受了爱荷华大学教授的职位，他决定为这一负担做点什么。 他开始思考建造一台新的、更强大的计算机的可能方法。 由于局限性和不精确性，他拒绝了模拟方法（例如麻省理工学院的微分分析仪），因此决定构建一台数字机器，将数字作为离散值而不是连续测量来处理。 从他年轻的时候起，他就熟悉二进制数字系统，并理解它比通常的十进制数字更适合数字开关的开/关结构。 于是他决定制作一台二进制机器。 最后，他决定，为了使其最快、最灵活，它应该是电子的，并使用真空管进行计算。
阿塔纳索夫还需要决定问题空间——他的计算机应该适合什么样的计算？ 因此，他决定解决线性方程组的求解问题，将它们简化为单个变量（使用 ）——同样的计算在他的论文中占主导地位。 它将支持最多三十个方程，每个方程最多有三十个变量。 这样的计算机可以解决对科学家和工程师来说很重要的问题，同时它看起来也不会非常复杂。
一件艺术品
与 1930 年前的起源相比，到 25 世纪 XNUMX 年代中期，电子技术已经变得极其多样化。 有两项开发特别适合阿塔纳索夫的项目：触发继电器和电子仪表。
自 1918 世纪以来，电报和电话工程师就拥有一种称为交换机的便捷设备。 开关是一种双稳态继电器，它使用永磁体将其保持在您保持的状态（打开或关闭），直到它收到电信号来切换状态。 但真空管无法做到这一点。 它们没有机械部件，并且可以在电流流过或不流过电路时“打开”或“关闭”。 1 年，两位英国物理学家威廉·埃克尔斯 (William Eccles) 和弗兰克·乔丹 (Frank Jordan) 将两盏灯用电线连接起来，创造了一个“触发继电器”——一种在被初始脉冲打开后保持持续开启状态的电子继电器。 第一次世界大战结束时，埃克尔斯和乔丹为英国海军部创建了用于电信目的的系统。 但是埃克尔斯-乔丹电路，后来被称为触发器[英语。 触发器]也可以被认为是存储二进制数字的设备 - 如果信号被传输则为 0，否则为 XNUMX。 这样，通过n个触发器就可以表示n位的二进制数。
大约十年后，电子学领域发生了第二次重大突破，与计算世界发生了碰撞：电子仪表。 正如计算机早期历史上经常发生的那样，无聊再次成为发明之母。 研究亚原子粒子发射的物理学家必须要么听咔嗒声，要么花几个小时研究摄影记录，计算检测到的次数，以测量各种物质的粒子发射率。 机械或机电仪表是促进这些操作的一个诱人的选择，但它们移动得太慢：它们无法记录彼此在几毫秒内发生的许多事件。
解决这个问题的关键人物是 ，他在剑桥卡文迪什实验室的欧内斯特·卢瑟福手下工作。 韦恩-威廉姆斯在电子学方面很有天赋，并且已经使用电子管（或阀门，在英国称为电子管）来制造放大器，从而可以听到粒子发生的情况。 1930世纪XNUMX年代初，他意识到阀门可以用来制造计数器，他称之为“二进制计数器”——即二进制计数器。 本质上，它是一组触发器，可以在链上传输开关（实际上，它使用 ，不包含真空而是包含气体的灯类型，在气体完全电离后可以保持在打开位置）。
韦恩-威廉姆斯计数器很快成为任何参与粒子物理学的人必备的实验室设备之一。 物理学家建造了非常小的计数器，通常包含三位数字（即最多能够数到七）。 对于慢速机械仪表，以及记录比具有缓慢移动机械部件的仪表可以记录的事件发生得更快的事件。
但从理论上讲，此类计数器可以扩展到任意大小或精度的数字。 严格来说，这是第一台数字电子计算器。
阿塔纳索夫-贝里计算机
阿塔纳索夫对这个故事很熟悉，这让他相信了制造电子计算机的可能性。 但他并没有直接使用二进制计数器或触发器。 起初，对于计数系统的基础，他尝试使用稍微修改过的计数器——毕竟，如果不重复计数，加法又算什么呢？ 但由于某种原因，他无法使计数电路足够可靠，他不得不开发自己的加法和乘法电路。 他无法使用触发器来临时存储二进制数，因为他的预算有限，而且雄心勃勃的目标是一次存储三十个系数。 我们很快就会看到，这种情况造成了严重的后果。
1939 年，阿塔纳索夫完成了计算机的设计。 现在他需要拥有正确知识的人来建造它。 他在爱荷华州立学院工程系毕业生克利福德·贝里（Clifford Berry）身上找到了这样的人。 到年底，阿塔纳索夫和贝里建造了一个小型原型。 第二年，他们完成了具有三十个系数的计算机的完整版本。 1960 世纪 10000 年代，一位挖掘其历史的作家将其称为阿塔纳索夫-贝里计算机 (ABC)，这个名字就这样流传了下来。 然而，所有的缺点都无法消除。 特别是，ABC 的误差约为万分之一，这对于任何大型计算来说都是致命的。
1942 年，克利福德·贝里 (Clifford Berry) 和美国广播公司 (ABC)
然而，在阿塔纳索夫和他的 ABC 中，人们可以找到所有现代计算机的根源和源泉。 他不是（在贝瑞的得力帮助下）创造了第一台二进制电子数字计算机吗？ 这些难道不是塑造和推动世界各地经济、社会和文化的数十亿设备的基本特征吗？
但让我们回去吧。 形容词“数字”和“二进制”不属于 ABC 的范畴。 例如，大约在同一时间开发的贝尔复数计算机（CNC）是一种能够在复平面上进行计算的数字、二进制、机电计算机。 此外，ABC 和 CNC 的相似之处在于它们解决了有限区域内的问题，并且不能像现代计算机那样接受任意的指令序列。
剩下的就是“电子化”。 尽管 ABC 的数学内部结构是电子的，但它却以机电速度运行。 由于阿塔纳索夫和贝里在经济上无法使用真空管来存储数千个二进制数字，因此他们使用机电组件来实现这一点。 数百个执行基本数学计算的三极管被旋转的鼓和呼呼作响的冲压机包围，其中存储了所有计算步骤的中间值。
阿塔纳索夫和贝里完成了一项英勇的工作，他们通过用电燃烧而不是机械打孔来以极快的速度在打孔卡上读取和写入数据。 但这也导致了其自身的问题：每 1 个数字中就有 10000 个错误是由燃烧设备造成的。 此外，即使在最好的情况下，机器“打孔”的速度也不能超过每秒一行，因此 ABC 的 1990 个算术单元中的每一个每秒只能执行一次计算。 在剩下的时间里，真空管闲置着，不耐烦地“用手指敲打桌子”，而所有这些机器都在它们周围缓慢地痛苦地旋转。 阿塔纳索夫和贝里将纯种马拴在干草车上。 （XNUMX世纪XNUMX年代重建ABC项目的负责人估计了机器的最大速度，考虑到所花费的所有时间，包括操作员指定任务的工作，每秒进行五次加法或减法。当然，比人类计算机快，但与我们与电子计算机联系起来的速度不同。）
ABC 图。 鼓在电容器上存储临时输入和输出。 闸流管打卡电路和读卡器记录并读取整个算法步骤的结果（从方程组中消除一个变量）。
1942 年中期，阿塔纳索夫和贝里签约加入迅速发展的美国战争机器，这需要大脑和身体，ABC 的工作陷入停滞。 阿塔纳索夫被派往华盛顿海军军械实验室，领导一个团队开发声波水雷。 贝里与阿塔纳索夫的秘书结婚，并在加利福尼亚州的一家军事合同公司找到了一份工作，以避免被征召参战。 阿塔纳索夫一段时间以来试图在爱荷华州为他的发明申请专利，但没有成功。 战争结束后，他转向其他事情，不再认真参与计算机。 1948 年，这台计算机本身被送往垃圾填埋场，以便为该研究所的新毕业生腾出办公室空间。
也许阿塔纳索夫只是太早开始工作了。 他依靠微薄的大学助学金，只能花费几千美元来创建 ABC，因此在他的项目中，经济性取代了所有其他问题。 如果他等到 1940 世纪 XNUMX 年代初，他可能会获得政府拨款来购买成熟的电子设备。 在这种状态下——使用受限、难以控制、不可靠、速度不是很快——ABC 并不是一个有希望的电子计算优势广告。 尽管美国的战争机器对计算能力有着巨大的需求，但美国广播公司 (ABC) 在爱荷华州艾姆斯镇却已经生锈了。
战争计算机器
第一次世界大战创建并启动了大规模的科学技术投资体系，并为第二次世界大战做好了准备。 短短几年内，陆战和海上作战的做法就转向使用毒气、磁性水雷、空中侦察和轰炸等。 任何政治或军事领导人都会注意到如此迅速的变化。 它们的速度如此之快，以至于尽早开始的研究可能会朝一个方向或另一个方向倾斜。
美国拥有充足的物资和人才（其中许多人逃离了希特勒的德国），并且对影响其他国家的生存和统治地位的直接战争置之不理。 这让国家特别清楚地吸取了这个教训。 这体现在大量的工业和智力资源被投入到第一个原子武器的制造中。 一项鲜为人知但同样重要或规模较小的投资是以麻省理工学院 Rad 实验室为中心的雷达技术投资。
因此，新兴的自动计算领域获得了一定的军事资助，尽管规模要小得多。 我们已经注意到战争产生的各种机电计算项目。 相对而言，基于中继的计算机的潜力是众所周知的，因为当时带有数千个中继的电话交换机已经运行了很多年。 电子元件尚未在如此规模上证明其性能。 大多数专家认为，电子计算机不可避免地会不可靠（ABC 就是一个例子），或者建造时间太长。 尽管政府资金突然涌入，军事电子计算项目却少之又少。 仅发射了三架，其中只有两架投入运行。
在德国，电信工程师 Helmut Schreyer 向他的朋友 Konrad Zuse 证明了电子机器相对于 Zuse 为航空工业制造的机电“V3”（后来称为 Z3）的价值。 Zuse 最终同意与 Schreyer 合作开展第二个项目，航空研究所于 100 年末提出资助 1941 管原型机。 但这两个人首先从事了更优先的战争工作，然后他们的工作因轰炸损坏而严重减慢，导致他们无法让他们的机器可靠地工作。
Zuse（右）和 Schreyer（左）在 Zuse 父母位于柏林的公寓里操作机电计算机
第一台能够完成有用工作的电子计算机是在英国的一个秘密实验室中创建的，其中一位电信工程师提出了一种基于阀门的密码分析的全新方法。 这个故事我们下次再揭晓。
还有什么要读的：
• Alice R. Burks 和 Arthur W. Burks，第一台电子计算机：阿坦索夫的故事 (1988)
• 大卫·里奇（David Ritchie），《计算机先驱》（1986 年）
• Jane Smiley，发明计算机的人 (2010)
来源： habr.com