Click to Visit
  Компьютерра | Terralab | CIO | Инфобизнес | GAME.EXE | Софтерра | Компьюлента  
 Домашний компьютер

Наследники Бэббиджа

01.01.2003
Юрий Ревич


 
стр. 1
стр. 2 >>

Первые электронные вычислительные машины были построены почти одновременно в Америке и Англии во время Второй мировой войны, хотя сама идея возникла значительно раньше. К английским конструкциям мы еще вернемся, а пока побываем в Америке — возникновение идеи электронного компьютера относится к 1933 году.

Первые ЭВМ

Джон Винсент АтанасовОтцу и дяде Джона Винсента Атанасова (John Vincent Atanasoff, 1903–1995) пришлось эмигрировать в Америку еще в 1886 году, спасаясь от преследований турок, так как дед Атанасова, убитый в 1876 году, был известным борцом против турецкого ига. В 22 года Джон Атанасов закончил Флоридский университет, в 1930 получил степень доктора и стал работать преподавателем теоретической физики в колледже города Эймс, штат Айова. Ему со своими аспирантами приходилось проводить громоздкие расчеты — ведь уравнения квантовой физики допускают непосредственное решение только в простейших случаях типа молекулы водорода, а в более сложных приходится применять приближенные численные методы (как раз в эти годы Шредингер и Гейзенберг получили свои Нобелевские премии за разработку математического аппарата квантовой механики). И в 1933 году Атанасов начал думать над тем, как можно было бы сократить время, затраченное на решения больших систем алгебраических уравнений, в которые, в конце концов, превращались дифференциальные уравнения в частных производных.

Вначале он попытался использовать дифференциальный анализатор Ванневара Буша (Vannivar Bush, 1890–1974), но аналоговым вычислителям, как мы уже знаем («ДК» #11, 2002), не хватало точности. Электромеханическим калькуляторам же не хватало быстродействия. И тогда Атанасов решает сконструировать полностью электронный калькулятор. Но в 30-е годы мало кто верил в возможность надежного устройства на электронных лампах (слишком часто они выходили из строя). Потому он приступил к постройке своего детища только в 1939 году, заручившись финансовой поддержкой частной компании Research Corporation и агрономической станции штата Айова. Вместе со своим аспирантом Клиффордом Берри (Clifford Berry, 1918–1963) они собирались построить специализированную ЭВМ для решения систем алгебраических уравнений с 30 неизвестными. Машинное слово в ней должно было состоять из 50 двоичных разрядов.

Принципиально новым в изобретении Атанасова стала регенеративная память. Она состояла из барабана, вращавшегося со скоростью 1 оборот в секунду. В одном барабане было смонтировано 1632 бумажных конденсатора, по тридцати одному на каждую из 32 дорожек. Линии считывания коммутировались щетками, как это происходит в электродвигателях. «Регенеративной» память называлась потому, что при обращении к ней заряд на конденсаторах менял знак и для восстановления его значения (а также для предотвращения утечки заряда при длительном простое) с каждым оборотом барабана производилась регенерация заряда. Через много лет этот принцип был положен в основу практически всех типов быстродействующих электронных ОЗУ.

Но главной из всех идей в его компьютере было использование двоичной системы. Атанасов одним из первых пришел к выводу, что иррациональное число е — лучшее основание системы исчисления для вычислительных машин, но практические соображения вынудили его принять число 2. Исходные данные должны были вводиться в машину с помощью перфокарт в десятичной форме, затем преобразовывающейся в двоичную, в ней и производились все вычисления. Интересно,  что проблема автоматизации перевода чисел из одной системы в другую не отпускала конструкторов вплоть до 60-х годов — так, программистам 50-х приходилось включать в программы специальную процедуру преобразования. Позже перевод, наконец, был автоматизирован полностью. Но отметим, Атанасов в свое время ни секунды не сомневался в необходимости такой автоматизации и опередил свое время, как минимум, на двадцать лет.

Из-за войны Атанасову не удалось закончить конструкцию, названную АВС (Atanasoff-Berry-computer). В 1942 году Атанасов переходит на работу в военно-морскую лабораторию в Вашингтоне, Берри уезжает в Калифорнию. И разработки были бы похоронены, но уже с началом бума компьютерных технологий, в 70-х годах, Атанасов неожиданно решил напомнить о себе и затеял знаменитый судебный процесс, в ходе которого было доказано, что Моучли и Эккерт, считающиеся создателями первого полностью электронного компьютера «ЭНИАК», заимствовали идеи Атанасова, хотя он так и не удосужился получить патент на свою АВС. В ходе судебного разбирательства в 1973 году был доказан приоритет Атанасова в разработке принципов построения электронных вычислительных машин и, в частности, то, что Джон Моучли, познакомившийся с Атанасовым на конференции в Филадельфии в 1940 году, который, увидев интерес к своей разработке, пригласил Моучли к себе в Айову в 1941 году, детально изучал АВС в лаборатории Атанасова. Моучли даже позднее в письме испрашивал у него разрешения на продолжение разработки и получил от Атанасова «добро» на продолжение столь перспективного дела.

В одной из статей («ДК» #8, 2002) я обещал рассказать о технической проблеме, аналогичной проблеме «накопления сопротивления» в арифмометрах Паскаля и Лейбница. Только проявлялась она по-иному — если в механических машинах происходило резкое увеличение сопротивления движению колес, когда все разряды при суммировании менялись сразу, то в электронных сумматорах значительно увеличивалось время, необходимое на выполнение такой операции. Поэтому перед чтением результата при выполнении сложения приходилось ждать столько времени, сколько необходимо для переключения всех разрядов, хотя количество триггеров, которые действительно меняют свое состояние, в среднем невелико. Фон Нейман показал, что статистически среднее количество изменяющихся разрядов при сложении двух произвольных сорокаразрядных двоичных чисел составляет всего 4,6, в то время как приходилось ждать, пока не переключатся все 40. То есть можно было бы увеличить быстродействие машины более чем в 8 раз! И конструкторы, в конце концов, справились — они ввели в сумматор следящее устройство, определявшее момент завершения всех переносов из разряда в разряд, а затем опрашивавшее выход сумматора.

После 1942 Атанасов больше компьютерами никогда не занимался. В 70-х годах он посетил родину своих предков и удивился, насколько его там хорошо знают как изобретателя первого электронного компьютера. В этом году в Болгарии планируется широкое празднование 100-летия со дня рождения выдающегося ученого.

Эпоха «ЭНИАК»

Компьютер Атанасова-Берри. Музей университета штата Айова в Эймсе. Хоть доктор Джон В. Моучли (John W. Mauchly, 1907–1980) и использовал разработки Атанасова, но все же как раз «ЭНИАК» считается (именно считается — АВС и «Коллосус» были раньше, только первый незакончен, а второй засекречен, поэтому Эниаку досталось первенство) реально первой действующей конструкцией электронной ЭВМ. Началу его разработки способствовало несколько факторов. Во-первых, Моучли в 1941 стал работать преподавателем в Муровской электротехнической школе Пенсильванского университета, где создавал свой дифференциальный анализатор Ванневар Буш, там был накоплен значительный опыт использования электронных ламп в вычислительной технике. Во-вторых, Моучли уже был знаком с идеями Атанасова о применении двоичной логики в компьютерах и очень увлекался ими. В 1943 капитан Герман Гольдстайн (Herman H. Goldstine), доцент математики, который в годы войны стал работать в артиллерийском управлении армии США, попросил Моучли восстановить текст его записки, где последний еще за год до того предлагал заменить медленный и неточный дифференциальный анализатор, использовавшийся для наводки зенитных орудий, на цифровую вычислительную машину. Дополнения к восстановленному тексту с техническими подробностями, касающимися применения электронных ламп в вычислительной технике, были написаны молодым сотрудником Моучли Преспером Эккертом (John Presper Eckert, 1919–1995). Вскоре артиллерийское управление армии США в лице Баллистической Исследовательской Лаборатории (BRL) заключило с учеными контракт на изготовление Electronics Numerical Integrator and Computer — ENIAC. Моучли был назначен руководителем работ, Эккерт — главным инженером. Позднее в разработке принял участие выдающийся математик Джон фон Нейман (John von Neumann, 1903–1957). «ЭНИАК» был закончен уже после окончания войны, через 2 месяца после капитуляции Японии, окончательно введен в строй в 1946 году и проработал до 1955 года (разумеется, подвергаясь периодической модернизации). Он выполнял баллистические расчеты, использовался в некоторых метеорологических исследованиях. Сначала он был установлен на территории Муровской школы, а в начале 1947 перенесен на испытательный полигон BRL в г. Абердине.


© ИД "Компьютерра, 2003. Сайт "Домашний компьютер" - приложение к интернет-изданию "Компьюлента". При использовании материалов сайта ссылка на "Компьюленту" обязательна.

По вопросам размещения рекламы обращайтесь по адресу [email protected] или телефону +7 (095) 232-2263.

Контактный адрес [email protected].

Rambler's Top100 SpyLOG