Страница 16 из 30
Цузе и Стибиц, работая независимо друг от друга, пришли к использованию реле в схемах, которые могли делать двоичные вычисления. Как они могли в одно и то же время прийти к этой идее, когда контакты между этими двумя группами из-за войны были невозможны? Частично ответ состоит в том, что технологический и научный прогресс привели к тому, что момент настал.
Как и многие другие инноваторы, Цузе и Стибиц были знакомы с использованием реле в телефонных схемах, и было логично применять их для бинарных операций в математике и логике. Кроме того, Шеннон, который также был хорошо знаком с телефонными схемами, теоретически доказал, что с помощью электронных схем можно выполнять логические задачи булевой алгебры. Идея использования цифровых схем в качестве ключевых элементов вычислительной техники вскоре была воспринята исследователями практически везде, даже в таких богом забытых местах, как штат Айова.
Джон Винсент Атанасов
В 1937 году другой изобретатель, находившийся далеко и от Цузе, и от Стибица — в Айове, также экспериментировал с цифровыми схемами. Имя изобретателя — Атанасов, он напряженно работал в своем подвале, где и произошел очередной исторический прорыв: он создал вычислительное устройство, в котором использовались электронные лампы, по крайней мере в части схем. В каком-то смысле его машина была менее продвинутой, чем другие, — она не была ни программируемой, ни универсальной. Она не была и полностью электронной, поскольку в ней использовались некоторые медленно движущиеся механические элементы. И хотя он построил модель, которая теоретически могла производить расчеты, он так и не смог заставить ее надежно работать. Тем не менее Джон Винсент Атанасов, которого жена и друзья называли Винсентом, заслуживает чести называться первопроходцем, поскольку он придумал первый частично электронный цифровой компьютер. Однажды декабрьским вечером в 1937 году, когда он долго мчался непонятно куда на машине с бешеной скоростью, он вдруг понял, как создать такой компьютер27.
Атанасов родился в 1903 году. Его отец был эмигрантом из Болгарии, а мать принадлежала к одной из старейших семей Новой Англии. Винсент был старшим из семи детей. Отец работал инженером на электростанции, находящейся в ведении Томаса Эдисона в Нью-Джерси, а затем переехал с семьей во Флориду — в городок, расположенный к югу от Тампы. В девять лет Винсент помог отцу провести в их флоридский дом электричество, и отец подарил ему логарифмическую линейку производства компании Дицгена. Он позже вспоминал: “Эта логарифмическая линейка была моей любимой игрушкой”28. В раннем возрасте он погрузился в изучение логарифмов с энтузиазмом, который кажется немного дурацким, хотя он рассказывал об этом с серьезным видом: “Можете ли вы себе представить, как мальчик в девять лет, у которого на уме бейсбол, может измениться от [знакомства с логарифмами]? Бейсбол был почти забыт, когда я приступил к серьезному исследованию логарифмов”. За лето он посчитал, чему равен логарифм 5 по основанию е, потом, еще в средней школе, с помощью своей матери (когда-то она была учительницей математики) освоил дифференциальное исчисление. Отец взял его на фосфатный завод, где работал инженером-электриком, и показал, как работают генераторы. Винсент закончил старшие классы средней школы за два года, выдерживая двойную нагрузку, и получил по всем предметам высшие оценки.
В Университете Флориды он изучал электротехнику и проявил склонность к практическим занятиям, проводя много времени в механических и литейных мастерских университета, но не только. Он по-прежнему был влюблен в математику, и уже на первом курсе ему пришлось столкнуться с доказательством, использующим двоичную систему счисления. Он закончил институт с самым высоким средним баллом среди выпускников того года. Он получил стипендию для обучения в магистратуре по математике и физике от штата Айова, и хотя позже был принят в Гарвард, не изменил своего решения и остался в городе Эймсе, в “кукурузном поясе”.
Атанасов продолжил обучение и получил докторскую степень по физике в Университете штата Висконсин, где проделал такой же путь, как и другие первопроходцы компьютерных технологий, начиная с Бэббиджа. Его работа про гелий, поляризующийся в электрическом поле, предполагала утомительные расчеты. Когда он продирался через математические дебри, имея под рукой лишь настольный арифмометр, он стал мечтать о калькуляторе, который мог бы делать больше операций. После возвращения в университет Айовы в 1930 году на должность доцента он решил, что его степеней по электротехнике, математике и физике достаточно для создания такого калькулятора.
Это явилось следствием его решения не оставаться в Висконсине и не поступать в Гарвард или другие крупные университеты, где велись исследования. В Айове, где никто, кроме него, не работал над созданием новых вычислительных машин, Атанасов был предоставлен сам себе. Здесь он мог обдумывать новые идеи, но рядом не было людей, с которыми он мог бы обсудить их, или коллег, которые могли бы помочь ему преодолеть теоретические или технические проблемы. В отличие от большинства инноваторов цифровой эры, он был одиноким изобретателем, черпающим свое вдохновение во время одиноких поездок на автомобиле и в дискуссиях с единственным помощником-аспирантом. Как оказалось, это была неправильная стратегия.
Атанасов собирался построить аналоговое устройство; его любовь к логарифмическим линейкам привела его к попыткам сконструировать огромные устройства, подобные ей и использующие длинные полоски пленки. Но он понял: чтобы решать линейные алгебраические уравнения с достаточной точностью, длина пленки должна составлять сотни метров. Он также построил хитроумное устройство, которое могло находить решение дифференциального уравнения в частных производных путем придания соответствующей формы блоку из парафина. Ограничения, присущие этим аналоговым устройствам, привели его к решению сосредоточиться на создании цифровой версии.
Первая задача, которую он решал, состояла в том, как сохранить числа в машине. Для описания этой функции машины он использовал термин “память”: “В то время я имел только поверхностные представления о работе Бэббиджа и поэтому не знал, что он назвал то же самое понятие «запоминающим устройством»… Мне нравится его название, и если бы я знал о нем, я, возможно, использовал бы его. Мне нравится и термин «память» за его аналогию с функцией мозга”29.
Атанасов перебрал разные виды возможных устройств памяти: механические штырьки, электромагнитные реле, небольшой кусочек магнитного материала, который мог быть намагничен электрическим зарядом, электронные лампы и электрическим конденсатор. Самыми быстрыми были электронные лампы, но они были дороги. Тогда он решил вместо них использовать конденсаторы — небольшие и недорого стоящие компоненты, которые могут сохранять, по крайней мере на короткое время, электрический заряд. Это решение было понятно, но оно означало, что машина будет медлительной и громоздкой. Даже если сложение и вычитание могло происходить с электронными скоростями, процесс переноса числа в блок памяти и из него замедлял скорость счета, поскольку она определялась скоростью вращающегося барабана.
Вверху слева: Джордж Стибиц (1904–1995), ок. 1945 г.
Вверху справа: Конрад Цузе (1910–1995) со своим компьютером Z4, 1944 г.
Слева: Джон Атанасов (1903–1995) в Университете штата Айова, 1940 г.
Реконструкция компьютера Атанасова