Allan R. Mackintosh
Ті, кого протягом десятиліть вважали винахідниками перших електронних цифрових комп'ютерів, насправді не були першими. Ця честь належить фізику Джону В. Атанасова
Історія, нарешті, згадала про Джона В. Атанасова. Після кількох десятиліть, прожитих в безвісті, цей 84-річний професор фізики, вже давно пішов на пенсію, отримує тепер визнання фахівців з обчислювальної техніки за те, що він зробив майже півстоліття тому - за винахід першого електронного цифрового комп'ютера. Впоть до самого недавнього часу в усіх офіційних працях з історії обчислювальної техніки ця заслуга зазвичай приписувалася іншим.
У цих працях говориться, що сучасні комп'ютери ведуть свій родовід від машин, що з'явилися в кінці 30-х - початку 40-х років, коли було зроблено багато взаємно доповнювали і стимулювали один одного спроб автоматизувати, прискорити або якимось чином усунути необхідність у довгих , утомливих ручних обчисленнях.
Наприклад, у 1932 р. Ванневар Буш з Массачусетського технологічного інституту збудував механічний комп'ютер, названий диференціальним аналізатором, в якому обчислення виконувалися за допомогою обертових шестерень і валиків.
В кінці 30-х років Конрад Цузе в Німеччині, Джон Р. Стібіц з компанії Bell Telephone Laboratories і Говард Ейкен з Гарвардського університету (у співпраці з корпорацією IBM) незалежно один від одного розробили "електромеханічні комп'ютери", в яких набори електрично керованих пристроїв, званих реле, представляли числа. "Включене" і "вимкнений" положення реле відповідали цифрам 0 і 1 двійкової системи числення, або системи з основою 2. (На відміну від стандартної десяткової системи числення, або системи з основою 10, у якій числа представляються цифрами від 0 до 9, у двійковій системі всі числа виражаються комбінаціями з двох цифр - 0 і 1.)
Далі в цих працях говориться про те, що перші електронні комп'ютери були винайдені в середині 40-х років. На відміну від механічних і електромеханічних електронні комп'ютери складаються переважно на електронних лампах, транзисторах, а найсучасніші - на інтегральних мікросхемах. Першою такою машиною, на загальну думку, вважається "Колос", побудований математиками Аланом М. Тьюрінгом, X.А. Ньюменом та їх колегами з Дослідницького центру в Блетчлі (Англія). Ця машина, яка почала працювати в 1943 р., допомогла розшифрувати систему секретних німецьких кодів і таким чином істотно вплинула на хід Другої світової війни. Друга машина отримала назву "Електронного чисельного інтегратора і комп'ютера", скорочено "ENIAC", і була побудована Джоном У. Мочлі і Дж. Преспер Екерт з групою співробітників з Пенсільванського університету. Вона почала працювати в 1945 р.
Однак насправді в період між 1937 і 1942 рр.., Тобто за кілька років до того, як були створені згадані машини, Атанасов сконструював і побудував два порівняно невеликих електронних комп'ютера. Перший з низ послужив прототипом могутнішої машини, яка отримала назву комп'ютера Атанасова-Беррі, або скорочено "АВС". Беррі - це покійний Кліффорд Є. Беррі, аспірант і найближчий помічник Атанасова, що працював разом з ним з 1939 по 1942 р.
Запізніле визнання заслуг Атанасова не є результатом наукового дослідження. Швидше воно було наслідком судового процесу, що почався в 1967 р. між корпорацією Sperry Rand і компанією Honeywell, Inc. Свого часу корпорація Sperry придбала патент на комп'ютер "ENIAC" і справляла певний відсоток від доходів інших фірм, які виробляють електронні обчислювальні машини. Компанія Honeywell відмовилася платити. Sperry подала до суду, a Honeywell пред'явила зустрічний позов, звинувативши корпорацію Sperry в порушенні антитрестівського закону і спробі скористатися недійсним патентом.
Представники компанії Honeywell заявили, що патент слід вважати недійсним, оскільки під час підготовки до судового процесу з Sperry юристи компанії натрапили на згадку про Атанасова. Коли вони розшукали його, Атанасов, до того не дуже добре знайомий з пристроєм комп'ютера "ENIAC", порівняв конструкцію останнього зі своєю машиною. З'ясувалося, що параграфи патенту на "ENIAC" (по суті перекривали всі аспекти конструкції електронних обчислювальних машин) відбивали конструктивні особливості комп'ютера "АВС" і відповідали тій інформації, якою Атанасов поділився з Мочлі на початку 40-х років.
Свідчення свідків Атанасова справили сильне враження, і окружний суд Міннеаполіса 19 жовтня 1973 ухвалив вважати патент на комп'ютер "ENIAC" недійсним. Суддя заявив, що Мочлі і Екерт "не були першими винахідниками автоматичного електронного цифрового комп'ютера, вони лише скористалися ідеями якогось д-ра Джона Вінсента Атанасова". І під час суду, і згодом Мочлі відмовлявся визнати, що запозичив що-небудь істотне у Атанасова. Вдова Мочлі, Екерт, та багато інших і тепер дотримуються цієї думки, але я вважаю, що матеріали суду явно протилежні твердженнями Мочлі.
Рішення судді Ларсона, прийняте корпорацією Sperry без апеляцій до вищих судових інстанцій, не відразу принесло визнання Атанасова в широких колах громадськості почасти тому, що американська преса в той час була поглинена вотергейтський скандалом, який призвів до відставки президента Ніксона. Тим не менш відомості про роль Атанасова поступово стали просочуватися в науково-технічні кола, і той факт, що Атанасов був першим, хто винайшов і сконструював електронний цифровий комп'ютер, тепер вже став загальновизнаним.
Значною мірою це визнання було заслугою А. Беркса, що брав участь у розробці комп'ютера "ENIAC", і його дружини Аліси. Подружжя Беркс (він - професор, а вона - асистент кафедри електроніки та обчислювальної техніки Мічиганського університету) ретельно досліджувала роботу Атанасова над створенням комп'ютера "АВС" і описали результати своїх досліджень (у тому числі і судовий процес з приводу патентних прав) одержала широку извесно статті, а нещодавно і в книжці.
Шлях, який привів до створення комп'ютера Атанасова-Беррі, по суті почався ще в кінці 20-х років, коли Атанасов працював над докторською дисертацією в Університеті шт. Вісконсін в Мадісоне. Дисертація була присвячена електронній структурі атомів гелію і зажадала багатьох тижнів копітких обчислень, що виконувалися на настільному калькуляторі. Стомлений нескінченними розрахунками, Атанасов став мріяти від автоматизованих обчислювальних пристроях. Ця ідея не полишала його і після того, як він успішно захистив свою дисертацію в 1930 р. і отримав посаду викладача в Коледжі (а пізніше університеті) шт. Айова.
Працюючи в університеті, Атанасов протягом декількох років обдумував можливі способи автоматизації обчислень. До зими 1937 р. він уже прийняв рішення стосовно кількох основних принципових питаннях. Наприклад, він прийшов до висновку, що функції пам'яті - запам'ятовування даних - повинні бути відокремлені в машині від обчислювальних функцій, а також що метод обчислення має бути швидше цифровим, ніж аналоговим: машина повинна представляти числа у вигляді цифр, а не за допомогою аналога з якою -якої фізичної величиною, такий як відстань, відміряють на логарифмічній лінійці. Атанасов подумував також над ідеєю проводити обчислення в системах числення з основою, відмінним від 10. Однак ці ідеї, мабуть, ніяк не викристалізовувалися в єдине ціле, як він згадував пізніше, і це все більше пригнічувало його. І ось одного разу, непогожим зимовим вечором до нього відразу ж прийшло кілька найважливіших рішень.
Спочатку цей вечір не виглядав особливо обіцяють. Насправді Атанасов був так засмучений, що, покинувши лабораторію, сів у машину і поїхав на великій швидкості по шосе, цілком сконцентрувавши свою увагу на водінні, щоб розвіятися та відволіктися від неприємних переживань. Через кілька годин він опинився в 200 милях від будинку, в штаті Іллінойс. Він зупинив машину біля яскраво освітленого придорожнього бару, щоб чого-небудь випити.
"У той день було страшенно холодно і на мені було дуже важке зимове пальто, - згадував він у своїх показаннях свідків на суді. - Я зняв його, повісив, зробив замовлення офіціанту і, коли він приніс спиртне, я раптом відчув, що заспокоївся і звернувся знову до своїх роздумів про обчислювальних машинах. Я не знаю, чому моя голова раптом запрацювала і чому вона не працювала до цього, але все якось прояснилося, я думав чітко і спокійно ... Напевно, я випив дві чарки, перш ніж зрозумів, що мене приходили в голову дуже хороші думки і я істотно просунувся вперед ".
І дійсно, думки виявилися дуже важливими. Замість механічних пристроїв Атанасов вирішив застосовувати електронні перемикачі (електронні пристрої, що керують проходженням електричних сигналів), за допомогою яких повинні були виконуватися функції управління і арифметичні операції у комп'ютері. У цьому сенсі йому належить першість. До цього жодна машина, призначена для вирішення складних математичних завдань, не була заснована на електроніці.
Він прийшов також до переконання, що його цифрова машина повинна оперувати двійковими числами і що операції над цими числами будуть здійснюватися відповідно до правил логіки, а не прямим підрахунком (див. малюнок нижче). У той же вечір Атанасов вирішив і важливу приватну проблему, що стосується способу зберігання в пам'яті двійкових чисел. Він і раніше подумував над ідеєю скористатися конденсаторами, пристроями, що накопичують і зберігають електричний заряд, як запам'ятовуючих елементів комп'ютера. Наприклад, позитивний заряд на якомусь одному висновку конденсатора міг уявити цифру 1, а відсутність заряду відповідно 0. Проблема полягала в тому, що конденсатори поступово втрачають свій заряд. Розслабившись в придорожньому барі, Атанасов придумав спосіб обійти це ускладнення, скориставшись так званої регенерацією пам'яті. Періодично заряд конденсатора повинен був відновлюватися таким чином, що, якщо він був, скажімо, в позитивному стані, то він і далі в ньому залишався, і його позитивний заряд з часом не змінювався і не доходив в кінці кінців до нуля. Прийнявши ці рішення, згадує Атанасов, "пізно ввечері я знову сів у машину і тепер уже повільно поїхав додому".
Прототип комп'ютера "АВС" був побудований в 1939 р. з метою перевірити дві основні ідеї. Атанасов мав намір постійно перезаряджати, або регенерувати, конденсатори пам'яті, щоб вони не втрачали заряд непередбачуваним чином. Він також мав намір проводити обчислення за допомогою логічних схем - набору електронних ламп, який складає або віднімає двійкові числа відповідно до логічних правил, а не прямим підрахунком. Прототип виявився успішним. При повороті диска пам'яті (рожеве колесо), на кожній стороні якого конденсатори зберігали по одному 25-розрядному двійковому числу, одна логічна схема (внизу посередині) складала або вичитала числа, записані в пам'яті на протилежних сторонах диска. Одночасно з тим, як логічна схема виконувала обчислення над черговим розрядом чисел (запам'ятовуючи в процесі розряд переносу або позички або зчитуючи його з конденсатора переносу), схема регенерації (зліва внизу) оновлювала вміст пам'яті.
Оскільки сучасні комп'ютери як і раніше оперують двійковими розрядами, що зберігаються в пам'яті, згідно логічним правилам, а функції обчислення і (регенерованої) пам'яті розділені, основні рішення Атанасова варті того, щоб розглянути їх більш детально. Чому, наприклад, цифрова машина краще аналогової для обчислювальних додатків?
Мудрість рішення, прийнятого на цей рахунок Атанасовим, найкраще можна проілюструвати, порівнюючи комп'ютер "АВС" з диференціальним аналізатором Буша, який був в той час найбільш ефективним обчислювальним пристроєм для науково-технічних розрахунків. Крім того що він був по суті механічним пристроєм, диференціальний аналізатор представляв собою аналогову обчислювальну машину: його результати представлялися кутом повороту валиків.
Аналогові комп'ютери є непоганим засобом для багатьох застосувань, але, оскільки замість операцій над числами в них виробляються вимірювання фізичних величин, точність обчислень неминуче втрачається, Цифровий комп'ютер Атанасова легко досягав точності в 1000 разів вище в порівнянні з точністю диференціального аналізатора. Більше того, у разі потреби точність комп'ютера можна було легко підвищити, додавши ще кілька розрядів. У аналогових комп'ютерів підвищення точності досягається з великими труднощами і обходиться дуже дорого. Наприклад, щоб підвищити точність логарифмічної лінійки, скажімо, в 10 разів, у стільки ж разів доведеться збільшити її довжину.
У наші дні цифрові обчислення засновані на двійковій системі числення. Зрозуміло, Атанасов був не єдиною людиною, кому прийшла в голову ця ідея; декілька перших електромеханічних комп'ютерів були також двійковими, проте Атанасов був першим, хто вирішив скористатися електронними пристроями для операцій над двійковими розрядами. Як виглядає число за основою 2? У десятковій системі кожен розряд числа представляє справа наліво певне цифрою у "тому розряді кількість одиниць, десятків сотень, тисяч і т.д. Отже, позначення 237 представляє 2 рази по 102, плюс 3 рази по 101, плюс 7 разів по 100 (всяке число в ступені 0 дорівнює 1). У двійковому поданні кожен розряд, або біт, як його називають, означає певне число (нуль або один) одиниць, двійок (21), четвірок (22), вісімок (23), 16 (24) і т.д. Таким чином, десяткове число 237 в двійковій системі числення буде представлено як 11101101. Підрахуємо це число зліва направо. Воно "містить" по одному числу 27 (тобто 128 у десятковій системі), 26 (64), 25 (32), 23 (8), 23 (4) і 20 (1) і ні одного числа 24 або 21.
Для людини двійкова система, очевидно, незручна, але, оскільки всі числа в ній можна уявити з допомогою лише двох символів, 1 і 0, вона дає дуже важливі переваги при роботі з машиною, оскільки дозволяє програмісту представляти будь-яке число у вигляді послідовності елементів в одному з двох станів, таких як заряджене і незаряджена сотояние конденсаторі комп'ютері Атанасова або напрямок намагніченості, "вгору" або "вниз", ділянок поверхні магнітного диска.
Атанасов вирішив зберігати розряди двійкових чисел в конденсаторах, розглянувши попередньо кілька альтернативних можливостей, наприклад використання електронних вакуумних ламп і феромагнітних матеріалів (у яких можна міняти орієнтацію магнітних частинок, прікладиваямагнітное полі). Він вибрав конденсатори, тому що вони відносно недорогі і могли посилати сигнали арифметичному пристрою без додаткового посилення. Цей вибір, так само як ідея періодичної перезарядки осередків пам'яті, продовжує домінувати в конструкції сучасних комп'ютерів. Сьогодні конденсатори є найважливішими елементами інтегральних мікросхем, що грають роль динамічної пам'яті комп'ютера, а регенерація, придумана Атанасовим, представляє найважливішу особливість функціонування запам'ятовуючих пристроїв.
Рішення реалізувати запам'ятовуючий пристрій на конденсаторах, звичайно, мало важливе значення, але найбільш значним досягненням Атанасова стало, мабуть, створення складного електронного перемикача - логічної схеми. Сидячи в придорожній Іллінойсського таверні, він подумки уявив собі два відділення пам'яті, які назвав рахунками. Потім він уявив собі те, що називав "чорним ящиком" - логічну схему, в яку будуть надходити числа, що зберігаються в пам'яті. Відповідно до "запаяними" в ньому логічними правилами цей чорний ящик повинен видавати правильні результати при додаванні або відніманні чисел, що прочитуються з його висновків.
Атанасов вирішив побудувати свій чорний ящик з електронних ламп. Вони будуть отримувати сигнали від конденсаторів блоку пам'яті, що утворюють два пристрої, названі ним клавіатурної пам'яттю і пам'яттю лічильника за аналогією з клавішами і рухається кареткою - лічильником - популярного в той час механічного калькулятора. Лампи повинні також отримувати сигнали і від інших конденсаторів, що зберігали розряди перенесення (у разі складання) або розряди позички (у разі віднімання). "Навчання людини з паяльником" логічна схема повинна вибрати правильну відповідь і замінити вміст лічильника результатом операції. Електронні лампи обробляли дані з дуже високою швидкістю і могли багаторазово виконувати додавання або віднімання над різними розрядами двох довільних чисел, що зберігалися в двох осередках пам'яті. У наш час логічні схеми приховані в крихітних інтегральних мікросхемах, що працюють значно швидше електронних ламп, але по суті вони виконують ті ж функції, якими їх наділив Атанасов.
А яка доля інших конструктивних рішень Атанасова, наприклад про поділ пам'яті і процесора? І тут його спадщина продовжує жити. У сучасних обчислювальних машинах, таких як настільний мікрокомп'ютер, можна виділити три самостійних функціональних елементи: система введення-виведення, що складається в основному з клавіатури, екрана і друкувального пристрою (свого часу Атанасов вирішив вводити і виводити інформацію у вигляді перфокарт, що вже отримали тоді поширення у калькуляторах); центральне процесорний пристрій, в якому здійснюється управління роботою комп'ютера і арифметичні операції, і пам'ять - внутрішня і зовнішня (диски).
Хоча Атанасов був упевнений, що знайшов правильні принципи побудови обчислювальної машини, він знав, що реалізація цих принципів на практиці потребує чималих зусиль. У цьому сенсі йому дуже допоміг Беррі, який так само, як і сам Атанасов, був одержимий ідеєю створення електронної обчислювальної машини. Атанасов пізніше згадував, що обидва вони були дуже зайняті на своїй основній роботі, але все ж, каже він: "Я не пам'ятаю жодного випадку, щоб хто-небудь з нас не міг знайти часу для комп'ютера. У цю затію ми вкладали всю свою душу ".
В якості першого кроку вони вирішили побудувати маленький прототип машини, на якому можна було б практично перевірити основні положення концепції Атанасова: електронну логічну схему і регенеровані двійкову пам'ять. З цим завданням вони впоралися, на диво, швидко. До жовтня 1939 р. досвідчений зразок вже працював. У нього було два запам'ятовуючих пристрої, розташовані на протилежних сторонах пластмасового диска. Кожен пристрій пам'яті складався з 25 конденсаторів і тому могло зберігати число, що складається з 25 двійкових розрядів, що еквівалентно 8-розрядному десятковому числу. Атанасов і Беррі вводили двійкові числа в запам'ятовуючі пристрої вручну, заряджаючи конденсатори, які представляли цифру 1, і залишаючи незарядженими ті, які представляли 0. При натисканні кнопки диск повертався на одну позицію. При цьому електронна логічна схема, що складалася з 8 електронних ламп, зчитувала дані з конденсаторів пам'яті. З урахуванням сигналу від конденсатора, який зберігав розряд перенесення, схема складала чергові два числа і поміщала відповідь в запам'ятовуючий пристрій, який називається лічильником, яке зберігало результат. Одночасно число, що зберігається на "клавішному" пристрої, регенерувати за допомогою спеціальної електричної схеми.
Комп'ютер Атанасова-Беррі ("АВС") був побудований в період з 1937 по 1942 р. Атанасовим, в той час професором фізики в Коледжі шт. Айова (тепер Університет шт. Айова) та його помічником, аспірантом Клиффордом Беррі. "АВС" був не першим в історії цифровим комп'ютером; до нього вже було створено кілька машин, також оперували безпосередньо числами, а не фізичними величинами, такими як кут повороту стрілки. Проте "АВС" був першим комп'ютером, в якому для виконання цифрових арифметичних операцій були застосовані електронні елементи - вакуумні лампи (деякі з таких ламп показані справа внизу). Особливістю "АВС" було і те, що запам'ятовують і обробні влаштування в ньому були розділені. Блок пам'яті представляв собою набір конденсаторів, встановлених на великих барабанах (на задньому плані). Введення інформації здійснювався перфокарткового зчитувальними пристроями.
Звичайно, цей прототип навряд чи можна було назвати комп'ютером - обчислювати олівцем на папері було швидше і зручніше. І все ж він має таке ж відношення до електронних обчислювальних машин, яке має, наприклад, літак братів Райт до аеронавтики. Продемонструвавши принципи Атанасова в дії, прототип відкрив дорогу, яка привела до сучасного комп'ютера.
Тепер Атанасов був готовий приступити до створення машини "АВС", яку він будував з 1939 по 1942 р. Вона була призначена для вирішення часто зустрічається в фізиці і техніці завдання - алгебраїчної системи лінійних рівнянь. Прикладом такої системи є пара рівнянь виду 2x + 5у = 9 і х + 2у = 4, де х і у - невідомі змінні. Позначимо перше рівняння а, і друге - b.
Як відомо кожному, хто вивчав алгебру в школі, така система рівнянь вирішується так званим методом виключення Гауса: складанням або відніманням одного рівняння з іншого з попередніми множенням їх на певні коефіцієнти, так щоб у результуючому рівнянні одна зі змінних пропала. У даному прикладі, віднімаючи помножене на 2 рівняння b з рівняння а, ми зводимо коефіцієнт при х до 0 і отримуємо рівняння у = 1. Тепер, якщо підставити 1 замість у в перше рівняння а, то в результаті отримаємо х = 2. Зауважимо, що ми могли б двічі відняти рівняння b з рівняння а, що еківалентно множенню рівняння b на 2 з наступним його вирахуванням з а, врешті-решт множення - це лише багаторазове складання.
Атанасов, зрозуміло, націлився на вирішення більш складної задачі: він хотів, щоб машина вирішувала n рівнянь з n невідомими, а саме 29 рівнянь з 29 невідомими від х до Х29. Такі системи рівнянь вирішуються тим же способом, який ми розглянули стосовно простенький приклад з двох рівнянь. Тут також потрібно взяти два рівняння, наприклад
2x1 + 5x2 - 3x3 + 7x4 + ... +6 X29 = 9
і
x1 + 2x2 + 4x3 - 2x4 + ... +8 X29 = 4
і відняти одне рівняння, помножене на якийсь підходяще число, з іншого, так щоб виключити одне з невідомих. Скажімо, для того щоб виключити x1, ми повинні помножити друге рівняння на 2 і відняти його з першого, після чого ми отримаємо рівняння з одним виключеним невідомим:
x2 - 11x3 + 11x4 + ... +10 X29 = 1.
Повторюючи ту ж процедуру з іншими парами рівнянь, можна отримати 28 рівнянь з виключеним невідомим x1. Тепер все повторюється для цих 28 рівнянь, з яких ми отримаємо 27 рівнянь з виключеними невідомими x1 і x2 і т.д., поки не залишиться одне рівняння з одним невідомим. Потім, маючи значення цього невідомого і повертаючись по ієрархії рівнянь, легко визначить значення інших невідомих.
Метод досить простий, але видно, що вимагає величезної кількості арифметичних операцій. Атанасов оцінив абсолютно реалістично, що для вирішення системи з 29 рівнянь за допомогою старомодного настільного калькулятора було б потрібно близько 10 тижнів виснажливої, отупляючій роботи, в той час як його комп'ютер повинен був упоратися з цим завданням за одну-два тижні.
Кожна логічна схема виконувала складання двох чисел, як в розглянутому тут прикладі (а) відповідно до правил, представленими в таблиці (b). Припустимо, потрібно скласти двійковий еквівалент числа 19 у лічильнику з еквівалентомчісла 11 на клавіатурі. Після того як ці числа перетворені в двійкову форму, тобто розкладені по ступенях двійки (20, 21, 22, 23, або 1,2,4,8), їх можна записати як 10011 (16 +0 +0 +2 +1) і 01011 (0 +8 +0 +2 + 1). Логічна схема почне виконувати операцію зі складення розрядів у крайньому правому стовпці (2 °). При цьому вона визначить, що поєднання розрядів у лічильнику, на клавіатурі і в біті перенесення - 1,1,0 відповідає третій від кінця рядку в таблиці. (Початкове значення біта перенесення завжди дорівнює 0.) Згідно графі "вихід" в таблиці, схема (с) пошле сигнал 0 {чорний) на лічильник (де фіксуються результати), замінюючи старе значення 1. Сигнал 1 {червоний) буде послано в клітинку переносу. Ця процедура еквівалентна підрахунку "1 плюс 1 одно 2" за умови, що це число 2 по підставі 2 записується як 10. Аналогічним чином схема складе потім послідовно розряди в інших колонках, поки не буде отриманий остаточний результат.
Для досягнення своєї мети - рішення системи багатьох рівнянь з багатьма невідомими - Атанасов помістив запам'ятовуючі пристрої "клавіатури" і "лічильника" вже не на диску, а на великих барабанах. Кожен барабан міг зберігати 30 двійкових чисел, які з 50 розрядів.
Комп'ютер "АВС" виконував процедуру виключення Гауса кожного разу для двох рівнянь. Їх коефіцієнти, закодовані попередньо на перфокартах в десятковому вигляді, перетворювалися в двійкову форму спеціально сконструйованим для цього перетворює барабаном і записувалися в запам'ятовуючий пристрій. Коефіцієнти одного рівняння завантажувалися в барабан лічильника, коефіцієнти другого - в барабан клавіатури. При кожному повороті барабана, займав близько однієї секунди, логічні схеми виконували одне додавання або віднімання над двома наборами коефіцієнтів. Точніше, одна логічна схема, що складається тепер з 7 ламп, складала або вичитала коефіцієнт, скажімо при x1 на клавіатурному барабані з коефіцієнтом при x1 на барабані лічильника, залишаючи суму або різницю в лічильнику. У той же самий час інші логічні схеми аналогічним способом обробляли інші пари коефіцієнтів. (Такий процес, в ході якого ряд ідентичних дій виконується паралельно, називається векторною операцією, а комп'ютер, що виконує подібні операції, - векторним процесором.) Одночасно спеціальні схеми регенерації пам'яті оновлюють вміст запам'ятовуючого пристрою "клавіатури". Пізніше, після того як численні додавання і віднімання були виконані і відповідне невідоме було виключено, комп'ютер "АВС" перфоровано набір залишилися коефіцієнтів (у рівнянні з виключеним невідомим) на картах в двійковому вигляді. Ці карти зберігалися до тих пір, поки знову не були потрібні на одному з наступних етапів обчислень. При цьому спеціальний пристрій читання двійкових перфокарт переводило записану на них інформацію у запам'ятовуючі пристрої комп'ютера. Коли значення всіх невідомих були обчислені в двійковому вигляді, пристрій читання десяткових карт здійснювало зворотну операцію, переводячи двійкові дані у звичайні десяткові числа.
Компоненти "АВС" були підібрані так, щоб машина вирішувала систему з 29 рівнянь з 29 невідомими, від х1 до x29. Такі системи вирішуються шляхом повторного додавання (або віднімання) одного рівняння до іншого до тих пір, поки одна зі змінних у другому рівнянні не буде виключена. Перш ніж отримати остаточне рішення, тобто обчислити значення всіх змінних, потрібно багаторазове повторення цього процесу. Для того щоб виконати ці обчислення, "АВС" зчитував коефіцієнти при змінних (наприклад, двійку в члені 2х1) з перфокарт, перетворював їх у двійкову форму і завантажував коефіцієнти одного рівняння в барабан "клавіатурного" запам'ятовуючого пристрою, а коефіцієнти іншого - в барабан " лічильника ". При одному повороті барабанів кожна логічна схема (по сім вакуумних ламп на схему) виробляла додавання чи віднімання коефіцієнтів, записуючи результат в "лічильник". У той же час регенеруючі схеми перезаряджали конденсатори "клавіатури". Виключивши певну змінну, машина запам'ятовувала залишаються коефіцієнти рівняння на перфокартах, з тим щоб пізніше скористатися ними.
Система введення-виведення на перфокартах добре працювала під час попередніх випробувань, але коли її під'єднали до "АВС", стали виникати помилки, приблизно одна на кожні 10 000 операцій читання або перфорування. Це означало, що ця машина без складної системи повторних перевірок не могла бути надійним засобом вирішення великих систем рівнянь, хоча маленькі системи вона вирішувала добре. Атанасов і Беррі намагалися вирішити цю відносно нескладну технічну проблему, але розпочата друга світова війна змусила їх покинути роботу над комп'ютером. Беррі був переведений на іншу роботу в очікуванні призову, а Атанасов вступив на військову службу в якості співробітника військово-морської артилерійської лабораторії.
Тепер про залишення ними комп'ютері часто говорять як про незавершеною машині. Правильніше було б охарактеризувати її як комп'ютер, що функціонує зі збоями, комп'ютер, в якому власне електронна обчислює частина була виконана з блискучим успіхом. Враховуючи, як дивно мало часу було потрібно для конструювання і виготовлення "АВС", напевно, не буде помилкою вважати, що проблема, яка виникла з перфокарткового системою введення-виведення, була б вирішена дуже швидко. Насправді для цих цілей цілком підійшла б перфокарткового система, розроблена корпорацією IBM десятиліттями раніше (і, до речі, застосована пізніше в комп'ютері "ENIAC"). Більш того, продемонструвавши можливості свого комп'ютера, Атанасов легко б заручився фінансовою підтримкою для завершення проекту.
Якби Атанасов і Беррі змогли продовжити свою роботу, то безперечно "АВС" був би повністю готовий до роботи в 1943 р. Замість цього його спіткала доля більшості застарілих машин: через деякий час він був розібраний на деталі і демонтовано без відома самого Атанасова.
Але якщо комп'ютер "АВС" був так надовго забутий, то яким чином ідеї Атанасова вплинули на подальший розвиток обчислювальної техніки? Відповідь на це питання полягає в роботі Мочлі, що використовував нововведення Атанасова в конструкції комп'ютера "ENIAC".
"ENIAC", звичайно, дуже сильно відрізнявся від "АВС". Це був перший універсальний електронний комп'ютер, у той час як "АВС" був спеціалізованої машиною, розрахованої на рішення одного лише класу задач. ("ENIAC" можна було перепрограмувати для рішення різних завдань, змінюючи комутацію провідників на панелі управління.) Машина Мочлі і Екерта була значно більше "АВС", вона налічувала вже не сотні, а тисячі електронних ламп і володіла значно більшу швидкодію, оскільки її пам'ять була електронної та в ній не було ніяких обертових барабанів. Більш того, "ENIAC" виконувала обчислення прямим підрахунком, а не за допомогою логічних схем, і обчислення проводилися в десятковій системі.
Тим не менш очевидно, що Мочлі і Екерт скористалися придуманими Атанасовим основними принципами побудови електронного цифрового комп'ютера і заклали їх в "ENIAC", а пізніше і в іншу машину - "EDVAC". Абсолютно ясно, що і в "ENIAC" і "EDVAC" для управління роботою комп'ютера використовувалися електронні перемикаючі пристрої; "EDVAC" до того ж використовував логічні схеми для арифметичних операцій, що виконувалися в двійковій системі числення, і, крім того, в цій машині використовувалася регенеровані пам'ять. Мочлі також запозичив у Атанасова ідею про те, що на цифрових електронних елементах можна побудувати машину, що виробляла обчислення зі значно більшою точністю та швидкістю в порівнянні з диференціальним аналізатором Буша.
Як згадує Атанасов, до травня 1941 р. "ми вже знали, що можемо побудувати машину, здатну виконувати будь-які обчислення". Він вирішив тоді, що "АВС" можна перетворити в цифровий електронний диференціальний аналізатор, після того як один з його колег з Массачусетського технологічного інституту сказав йому, що там група співробітників розглядає можливість реалізації нової аналогової версії аналізатора на основі електроніки. Атанасов написав про свою ідею Мочлі, і вони детально обговорили її, коли Мочлі в червні 1941 р. приїхав до Атанасова, пробувши у нього близько тижня. Під час цього візиту Атанасов продемонстрував також свій комп'ютер "АВС", який на той час був майже готовий до роботи. Через чотири роки ідеї Атанасова знайшли втілення в комп'ютері "ENIAC".
"ENIAC" і "Colossus", який також був програмувальних, підготували грунт для наступного кроку в розвитку обчислювальної техніки - розміщення програми в пам'яті комп'ютера. Ця ідея дозволила не тільки полегшити програмування універсальних машин, але і дала тіможность програмі міняти подальший хід дій в залежності від результатів, одержуваних на проміжних етапах виконання завдання.
З тих пір, як в кінці 40-х років співаючи-пілісь перші комп'ютери з збереженими в пам'яті програмами, обчислювальні машини ставали дедалі потужнішими, але їхня архітектура не змінювалася корінних змін. Відлуння минулого відчуваються іноді і в сучасних комп'ютерах. Наприклад, останнім часом відродився інтерес до спеціалізованих обчислювальних машин, особливо серед фахівців, зайнятих вирішенням приватних класів завдань. Насправді "АВС" та сучасний векторний процесор для вирішення лінійних рівнянь дивно схожі (хоча швидкодія нових машин незмірно вище).
Безсумнівно, заслуги Атанасова були б визнані значно раніше, якщо б він отримав патент на свої винаходи. Як відзначають Беркс, він цілком міг претендувати на авторські права на саму концепцію електронного цифрового комп'ютера, а також на електронні перемикачі в комп'ютерах, логічні схеми додавання і віднімання, роздільне зберігання і обробку даних, на пам'ять з використанням конденсаторів і барабанів, регенерацію пам'яті, використання двійкової системи числення в електронному обчислювальному пристрої, на модульність конструкції, векторну обробку та тактируемого управління електронними операціями, а також на ряд інших нововведень.
Напевно, мало буде сказати, що це був би один з найважливіших патентів за всю історію авторського права. На жаль, через загального сум'яття, внесеного війною, та неефективної роботи людей, зайнятих на патентній роботі, ні одна заявка на винаходи Атанасова так і не була подана. Зі свого боку Атанасов в післявоєнний період не робив жодної спроби отримати патент, оскільки вважав, що "ENIAC" принципово відрізняється від "АВС" і послужить прототипом майбутніх комп'ютерів, і тому будь-який патент на принцип дії і конструктивне рішення, втілені в "АВС" , буде застарілим і непотрібним. До того ж він був дуже зайнятий іншою роботою, а пізніше створенням власної науково-технічної компанії.
Історія Атанасова не тільки проливає світло на одне з найважливіших досягнень техніки, а й змушує замислитися над деякими аспектами науково-технічного підприємництва. По-перше, ця історія показує, наскільки тернистим іноді виявляється шлях винахідника. Незважаючи на величезні зусилля, Атанасов міг зібрати на споруду "АВС" лише 6 тис. дол, у той час як в "ENIAC" було вкладено близько півмільйона, тому що в ньому були зацікавлені військові (крім вирішення інших завдань, він розраховував таблиці стрільби для артилерійських знарядь).
По-друге, певні висновки можна зробити щодо природи наукової творчості. Осяяння, яке прийшло до Атанасова в той зимовий вечір 1937 р., яскраво показує, як протікає творчий процес. Заразившись ідеєю, Атанасов повністю поринув у всі аспекти автоматизації обчислень. Протягом довгого часу він намагався знайти рішення проблем, що виникли, все більше дратуючись відсутністю відчутних результатів, але його розум продовжував посилено працювати, значною мірою підсвідомо. І раптом, коли він був зайнятий зовсім іншими справами, прийшло рішення.
Непосвяченим 200-мильне подорож Атанасова до придорожнього бару, можливо, здасться абсолютно зайвим, щоб знайти місце, де можна випити, однак він чудово усвідомлював те, що робив. Він зрозумів, що мозок потребує свіжих відчуттях і розслабленні, перш ніж налаштуватися на творчий лад. Відчувши, як в його мозку стали формуватися основні принципи втілення ідеї, він цілком віддався течією думок і зрозумів, що випробовує якесь особливий стан, своєрідне осяяння. Така віра в інтуїцію, бути може, і не узгоджується із загальноприйнятим уявленням про наукову творчість як суто раціональному процесі, проте інтуїція допомагала багатьом ученим.
Нарешті, навряд чи можна вважати простим збігом те, що багато найбільші досягнення в техніці зроблені завдяки вченим: дослідницька робота часто вимагає винайдення нових інструментів, і вчені, поглинені цілком і повністю вирішенням наукових проблем, можуть успішно створювати їх. Те, що між наукою і технікою існує такий зв'язок, слід зрозуміти тим, хто вважає, що можна обмежити фінансування фундаментальних наукових досліджень, не знижуючи темпів технічного прогресу.
Список літератури
Arthur W. Burks and Alice E. Burks. The ENIAC: First general-purpose electronic computer. / / In Annals of the Hystory of Computing, Vol. 3, No. 4, pages 310-399; October, 1981.
John Vinsent Atanasoff. Advent of electronic digital computing. / / In Annals of the Hystory of Computing, Vol. 6, No. 3, pages 229-282; July, 1984.
Alice R. Burks and Arthur W. Burks. The first electronic computer: the atanasoff story. University of Michigan Press, 1988.
Dark R. Mollenhoff. Atanasoff: Forgotten farther of the computer, Iowa State University Press, 1988.
Allan R. Mackintosh. The first electronic computer. / / In Physics Today, Vol. 40, No. 3, pages 25-32; March, 1988.