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正如我們在 無線電和電話工程師在尋找更強大的擴大機時發現了一個很快就被稱為電子學的新技術領域。 電子放大器可以輕鬆轉換成數位開關，其運行速度比其機電錶親電話繼電器高得多。 由於沒有機械部件，真空管可以在一微秒或更短的時間內打開和關閉，而不是繼電器所需的十毫秒或更長時間。
從 1939 年到 1945 年，使用這些新電子元件製造了三台電腦。 它們的建造日期恰逢第二次世界大戰時期並非巧合。 這場歷史上前所未有的衝突，將人們束縛在戰車上，永遠改變了國家之間、科學與技術之間的關係，也為世界帶來了大量新設備。
三台第一台電子計算機的故事與戰爭交織在一起。 第一個致力於破解德國訊息，一直處於保密狀態，直到 1970 世紀 XNUMX 年代，當時它除了歷史意義之外不再具有任何意義。 大多數讀者應該聽過的第二個是ENIAC，這是一款軍事計算器，但完成得太晚，無法幫助戰爭。 但在這裡我們來看看這三台機器中最早的一台，它是 .
阿塔納索夫
1930 年，阿塔納索夫 (Atanasov) 出生於美國，父親是來自美國的移民。 ，終於實現了年輕時的夢想，成為理論物理學家。 但是，與大多數此類願望一樣，現實並非他所期望的。 特別是，像XNUMX世紀上半葉大多數工程和物理科學的學生一樣，阿塔納索夫必須承受不斷計算的痛苦負擔。 他在威斯康辛大學完成的關於氦極化的論文需要使用機械桌上型計算器進行八週的繁瑣計算。
約翰·阿塔納索夫年輕時
1935 年，阿塔納索夫已經接受了愛荷華大學教授的職位，他決定為這個負擔做點什麼。 他開始思考建造一台新的、更強大的電腦的可能方法。 由於局限性和不精確性，他拒絕了模擬方法（例如麻省理工學院的微分分析儀），因此決定建造一台數位機器，將數字作為離散值而不是連續測量。 從他年輕的時候起，他就熟悉二進制數字系統，並理解它比通常的十進制數字更適合數字開關的開/關結構。 於是他決定製作一台二進位機器。 最後，他決定，為了使其最快、最靈活，它應該是電子的，並使用真空管進行計算。
阿塔納索夫還需要決定問題空間──他的計算機應該適合什麼樣的計算？ 因此，他決定解決線性方程組的求解問題，將它們簡化為單一變數（使用 ）——同樣的計算在他的論文中占主導地位。 它將支持最多三十個方程，每個方程最多有三十個變數。 這樣的計算機可以解決對科學家和工程師來說很重要的問題，同時它看起來也不會非常複雜。
藝術品
與 1930 年前的起源相比，到 25 世紀 XNUMX 年代中期，電子技術已經變得極為多樣化。 有兩項開發特別適合阿塔納索夫的專案：觸發繼電器和電子儀表。
自 1918 世紀以來，電報和電話工程師就擁有一種稱為交換機的便利設備。 開關是一種雙穩態繼電器，它使用永久磁鐵將其保持在您保持的狀態（開啟或關閉），直到它收到電訊號來切換狀態。 但真空管無法做到這一點。 它們沒有機械部件，並且可以在電流流過或不流過電路時“打開”或“關閉”。 1 年，兩位英國物理學家威廉·埃克爾斯(William Eccles) 和弗蘭克·喬丹(Frank Jordan) 將兩盞燈用電線連接起來，創造了一個“觸發繼電器”——一種在被初始脈衝開啟後保持持續開啟狀態的電子繼電器。 第一次世界大戰結束時，艾克爾斯和喬丹為英國海軍部創建了用於電信目的的系統。 但是埃克爾斯-喬丹電路，後來被稱為觸發器[英語。 觸發器]也可以被認為是儲存二進位數字的裝置 - 如果訊號被傳輸則為 0，否則為 XNUMX。 這樣，透過n個觸發器就可以表示n位的二進位數。
大約十年後，電子學領域發生了第二次重大突破，與計算世界發生了碰撞：電子儀表。 正如電腦早期歷史上經常發生的那樣，無聊再次成為發明之母。 研究亞原子粒子發射的物理學家必須要么聽咔嗒聲，要么花幾個小時研究攝影記錄，計算檢測到的次數，以測量各種物質的粒子發射率。 機械或機電儀表是促進這些操作的一個誘人的選擇，但它們移動得太慢：它們無法記錄彼此在幾毫秒內發生的許多事件。
解決這個問題的關鍵人物是 ，他在劍橋卡文迪什實驗室的歐內斯特·盧瑟福手下工作。 韋恩-威廉斯在電子學方面很有天賦，並且已經使用電子管（或閥門，在英國稱為電子管）來製造放大器，從而可以聽到粒子發生的情況。 1930年代初，他意識到閥門可以用來製造計數器，他稱之為「二進制計數器」——即二進制計數器。 本質上，它是一組觸發器，可以在鏈上傳輸開關（實際上，它使用 ，不包含真空而是包含氣體的燈類型，在氣體完全電離後可以保持在打開位置）。
韋恩-威廉斯計數器很快就成為任何參與粒子物理學的人必備的實驗室設備之一。 物理學家建造了非常小的計數器，通常包含三位數字（即最多能夠數到七）。 對於慢速機械儀表，以及記錄比具有緩慢移動機械部件的儀表可以記錄的事件發生得更快的事件。
但從理論上講，此類計數器可以擴展到任意大小或精度的數字。 嚴格來說，這是第一台數位電子計算器。
阿塔納索夫-貝裡計算機
阿塔納索夫對這個故事很熟悉，這讓他相信了製造電子計算機的可能性。 但他並沒有直接使用二進制計數器或觸發器。 起初，對於計數系統的基礎，他嘗試使用稍微修改過的計數器——畢竟，如果不重複計數，加法又算什麼呢？ 但由於某種原因，他無法使計數電路足夠可靠，他不得不開發自己的加法和乘法電路。 他無法使用觸發器來暫時儲存二進制數，因為他的預算有限，而且雄心勃勃的目標是一次儲存三十個係數。 我們很快就會看到，這種情況造成了嚴重的後果。
1939 年，阿塔納索夫完成了電腦的設計。 現在他需要擁有正確知識的人來建造它。 他在愛荷華州立學院工程系畢業生剋利福德·貝裡（Clifford Berry）身上找到了這樣的人。 到年底，阿塔納索夫和貝裡建造了一個小型原型。 第二年，他們完成了具有三十個係數的計算機的完整版本。 1960 世紀 10000 年代，一位挖掘其歷史的作家將其稱為阿塔納索夫-貝裡電腦 (ABC)，這個名字就這樣流傳了下來。 然而，所有的缺點都無法消除。 特別是，ABC 的誤差約為萬分之一，這對於任何大型計算來說都是致命的。
1942 年，克利福德·貝裡 (Clifford Berry) 和美國廣播公司 (ABC)
然而，在阿塔納索夫和他的 ABC 中，人們可以找到所有現代電腦的根源和來源。 他不是（在貝瑞的得力幫助下）創造了第一台二進位電子數位計算機嗎？ 這些難道不是塑造和推動世界各地經濟、社會和文化的數十億設備的基本特徵嗎？
但讓我們回去吧。 形容詞「數字」和「二元」不屬於 ABC 的範疇。 例如，大約在同一時間開發的貝爾複數計算機（CNC）是一種能夠在複平面上進行計算的數字、二進制、機電計算機。 此外，ABC 和 CNC 的相似之處在於它們解決了有限區域內的問題，並且不能像現代電腦那樣接受任意的指令序列。
剩下的就是「電子化」。 儘管 ABC 的數學內部結構是電子化的，但它卻以機電速度運作。 由於阿塔納索夫和貝裡在經濟上無法使用真空管來儲存數千個二進位數字，因此他們使用機電組件來實現這一點。 數百個執行基本數學計算的三極管被旋轉的鼓和呼呼作響的沖壓機包圍，其中存儲了所有計算步驟的中間值。
阿塔納索夫和貝裡完成了一項英勇的工作，他們透過用電燃燒而不是機械打孔來以極快的速度在打孔卡上讀取和寫入資料。 但這也導致了其自身的問題：每 1 個數字中就有 10000 個錯誤是由燃燒設備造成的。 此外，即使在最好的情況下，機器「打孔」的速度也不能超過每秒一行，因此 ABC 的 1990 個算術單元中的每一個每秒只能執行一次計算。 在剩下的時間裡，真空管閒置著，不耐煩地“用手指敲打桌子”，而所有這些機器都在它們周圍緩慢地痛苦地旋轉。 阿塔納索夫和貝裡將純種馬拴在乾草車上。 （XNUMX年代重建ABC計畫的負責人估計了機器的最大速度，考慮到所花費的所有時間，包括操作員指定任務的工作，每秒進行五次加法或減法。當然，比人類計算機快，但與我們與電子計算機連結的速度不同。）
ABC 圖。 鼓在電容器上儲存臨時輸入和輸出。 閘流管打卡電路和讀卡機記錄並讀取整個演算法步驟的結果（從方程組中消除一個變數）。
1942 年中期，阿塔納索夫和貝裡簽約加入迅速發展的美國戰爭機器，這需要大腦和身體，ABC 的工作陷入停滯。 阿塔納索夫被派往華盛頓海軍軍械實驗室，領導一個團隊開發聲波水雷。 貝裡與阿塔納索夫的秘書結婚，並在加州的一家軍事合約公司找到了一份工作，以避免被徵召參戰。 阿塔納索夫一段時間以來試圖在愛荷華州為他的發明申請專利，但沒有成功。 戰爭結束後，他轉向其他事情，不再認真參與電腦。 1948 年，這台電腦本身被送往垃圾掩埋場，以便為該研究所的新畢業生騰出辦公室空間。
也許阿塔納索夫只是太早開始工作了。 他依靠微薄的大學助學金，只能花費數千美元來創建 ABC，因此在他的計畫中，經濟性取代了所有其他問題。 如果他等到 1940 世紀 XNUMX 年代初，他可能會獲得政府撥款購買成熟的電子設備。 在這種狀態下——使用受限、難以控制、不可靠、速度不是很快——ABC 並不是一個有希望的電子計算優勢廣告。 儘管美國的戰爭機器對運算能力有著巨大的需求，但美國廣播公司 (ABC) 在愛荷華州艾姆斯鎮卻已經生鏽了。
戰爭計算機器
第一次世界大戰創建並啟動了大規模的科學技術投資體系，並為第二次世界大戰做好了準備。 短短幾年內，陸戰和海上作戰的做法就轉向使用毒氣、磁性水雷、空中偵察和轟炸等。 任何政治或軍事領導人都會注意到如此迅速的變化。 它們的速度如此之快，以至於儘早開始的研究可能會朝一個方向或另一個方向傾斜。
美國擁有充足的物資和人才（其中許多人逃離了希特勒的德國），並且對影響其他國家的生存和統治地位的直接戰爭置之不理。 這讓國家特別清楚地吸取了這個教訓。 這體現在大量的工業和智力資源被投入第一個原子武器的製造。 一項鮮為人知但同樣重要或規模較小的投資是以麻省理工學院 Rad 實驗室為中心的雷達技術投資。
因此，新興的自動計算領域獲得了一定的軍事資助，儘管規模要小得多。 我們已經注意到戰爭產生的各種機電計算項目。 相對而言，基於中繼的電腦的潛力是眾所周知的，因為當時有數千個中繼的電話交換機已經運作了很多年。 電子元件尚未在如此規模上證明其性能。 大多數專家認為，電子計算機不可避免地會不可靠（ABC 就是一個例子），或者建造時間太長。 儘管政府資金突然湧入，軍事電子計算項目卻少之又少。 僅發射了三架，其中只有兩架投入運作。
在德國，電信工程師 Helmut Schreyer 向他的朋友 Konrad Zuse 證明了電子機器相對於 Zuse 為航空工業製造的機電「V3」（後來稱為 Z3）的價值。 Zuse 最終同意與 Schreyer 合作進行第二個項目，航空研究所於 100 年底提出資助 1941 管原型機。 但這兩個人首先從事了更優先的戰爭工作，然後他們的工作因轟炸損壞而嚴重減慢，導致他們無法讓他們的機器可靠地工作。
Zuse（右）和 Schreyer（左）在 Zuse 父母位於柏林的公寓裡操作機電計算機
第一台能夠完成有用工作的電子計算機是在英國的一個秘密實驗室中創建的，其中一位電信工程師提出了一種基於閥門的密碼分析的全新方法。 這個故事我們下次再揭曉。
還有什麼要讀的：
• Alice R. Burks 和 Arthur W. Burks，第一台電子計算機：阿坦索夫的故事 (1988)
• 大衛·里奇（David Ritchie），《計算機先驅》（1986 年）
• Jane Smiley，發明電腦的人 (2010)
來源： www.habr.com