Леонид Черняк – История электронных компьютеров (страница 1)
Леонид Черняк
История электронных компьютеров
Часть I. История электронных компьютеров
Введение
Когда люди были компьютерами
В 1613 году впервые в английском языке было зафиксировано употребление слова computer, тогда оно значило «человек считающий». Так много лет назвали человека, выполнявшего вычисления, эта профессия имеет богатую историю. Передо мной лежит объемистая книга с неожиданным для современников названием «When computers were human», в ней более 400 страниц. Ее автор – профессор Университета Джорджа Вашингтона Дэвид Гриер. Он раскрывает эту историю с глубокой древности до середины прошлого века.
С появлением электронных компьютеров в 1950-х профессия человека-компьютера естественным образом исчезла, но ее наследие никуда не делось. Именно эти люди выработали культуру точности и ответственности, документирования и проверки – основы будущего программирования. Первые программисты во многом унаследовали мышление своих предшественников: они тоже управляли вычислительными процессами, но на другом уровне.
Сегодня мы видим в людях-компьютерах не только предшественников машин, но и участников глубокой культурной трансформации. Они превратили вычисление из индивидуального умения в технологический процесс и тем самым подготовили появление того вычислительного мира, в котором мы живем.
Еще в Древнем Египте и Месопотамии существовала особая категория писцов, чьей обязанностью был счет: они учитывали урожай, следили за налогами, контролировали производство каменных блоков для пирамид. Их труд был основой государственного управления. В античной науке мы встречаем ту же практику. Птолемей и другие астрономы не работали в одиночку: рядом с ними находились ученики и помощники, которые сводили наблюдения в таблицы, складывали и вычитали углы, проводили рутинные операции. Тогда-то и возникла форма коллективного счета, сохранившаяся надолго – ученый задавал формулу, а его «компьютеры» выполняли ее механически.
Развитие науки и мореплавания в эпоху Возрождения многократно увеличило потребности в вычислениях. В ответ возникли такие «предприятия» как, например, обсерватория Тихо Браге в Ураниборге на острове Вен, она работала как настоящая вычислительная мастерская. Несколько десятков ассистентов, студентов и практикантов занимались наблюдениями и сводили результаты в таблицы. У них было свое разделение труда – один переводил углы в градусы, другой складывал и вычитал величины, третий заносил итог в журнал. Обстановка напоминала ремесленную мануфактуру, где каждый выполнял свою часть работы, и только вместе они могли получить готовый результат.
К концу XVIII века организация вычислительного труда стала еще более похожей на фабрику. Знаменитый пример – «мануфактура логарифмов» барона де Прони. Она стала ответом на запрос администрации императора Наполеона I, которой требовались новые таблицы прежде всего в связи с переходом на метрическую систему. Прони организовал труд расчетчиков наподобие пирамиды, на ее вершине находилась небольшая группа математиков, которые выводили формулы. Средний слой «мастеров» превращал формулы в пошаговые инструкции. А в основании пирамиды трудились десятки женщин, отличавшихся в прошлом низкой социальной ответственностью, им доставались только операции сложения и вычитания. Их тетради были заполнены колонками чисел с простыми указаниями: «возьмите значение из столбца А, прибавьте к столбцу B, результат занесите в C». Никто из бывших жриц любви не понимал всей картины в целом, но их усилиями рождались самые разнообразные математические таблицы. Это был первый в истории опыт индустриализации математического труда.
В XIX веке такие практики стали нормой. Государства и университеты создавали вычислительные бюро, где десятки и сотни «людей-компьютеров» трудились над морскими эфемеридами, астрономическими и навигационными таблицами. В рабочих залах британской Королевской обсерватории многочисленные сотрудники сидели за длинными столами, выполняя однотипные операции. Каждый результат проверялся дважды или даже трижды: если числа не совпадали, вычисление делали снова. В США данные о переписи населения с середины XIX века обрабатывались целыми армиями счетчиков. До появления табуляторов и перфокарт Холлерита тысячи людей с бумагой и карандашами складывали и сводили данные воедино.
Особую страницу в этой истории открыли женщины-компьютеры. В конце XIX века директор Гарвардской обсерватории Эдвард Пикеринг нанял группу женщин, вошедших в историю как «гарвардские компьютеры». Работа была рутинной – они сидели среди ящиков с фотопластинами, пользуясь лупами и линейками, измеряли расстояния, переводили их в числа, складывали колонки, записывали результаты в журналы. Ошибки отмечались красным карандашом, каждый шаг проверялся. За скромную зарплату они выполняли механическую работу – и при этом именно их труд привел к открытиям, изменившим астрономию.
Первая мировая война потребовала создания баллистических таблиц для артиллерии и для инженерных расчетов. Были организованы специальные бюро, где студенты и клерки неделями решали одни и те же уравнения сотни раз. Во Вторую мировую войну таких людей стали привлекать тысячами. В США при армии и флоте создавались женские вычислительные группы. Большие залы напоминали экзаменационные аудитории: десятки женщин сидели за рядами столов с карандашами, бумагой и арифмометрами. Каждая выполняла один шаг численного решения дифференциального уравнения, затем лист передавала дальше. Работа была не только медленной, но и чреватой ошибками. Чтобы их исключить, одна и та же задача решалась параллельно и в другой группе, а полученные результаты сравнивались. Многие вспоминали этот труд как монотонный и изматывающий, но сознание важности – «мы делаем это для фронта» – придавало силы.
Даже в Лос-Аламосе расчеты, связанные с первыми атомными бомбами, выполнялись вручную. Математики, в основном женщины, сутками считали уравнения диффузии и цепные реакции. Единственная ошибка могла перечеркнуть недели работы. В воспоминаниях участников встречаются истории, как результатов многодневных расчетов шли насмарку из-за одной пропущенной цифры.
К середине XX века пределы ручных вычислений стали очевидны. Армии людей-компьютеров, сидевшие в залах с карандашами и тетрадями, не успевали за требованиями со стороны войны и науки. При этом вероятность ошибки росла вместе с объемом данных, а скорость оставалась ограниченной человеческими руками, что стало импульсом к созданию электронных машин. Первый ENIAC в США и первая МЭСМ в СССР задумывались именно как «замена тысячам человеческих компьютеров», и в этом не было метафоры – устройства освобождали рабочие залы от людей с их бумагой и калькуляторами. Их труд остался недооцененным, но именно он стал фундаментом науки и техники XIX–XX веков. И когда вычисления переселились в машины, они унаследовали не только методы, но и организацию, созданную невидимыми миру тружеников от египетских писцов и учеников Птолемея до гарвардских компьютеров и участников Манхэттенского проекта.
Люди-компьютеры в России и СССР
Россия и СССР имеют собственную богатую историю людей-компьютеров. В XVIII–XIX веках в Петербургской Академии наук и Пулковской обсерватории трудились группы вычислителей, которые составляли астрономические каталоги и таблицы. Пулково, открытое в 1839 году, быстро стало «астрономической столицей мира», и его слава опиралась не только на телескопы, но и на десятки людей, которые часами сводили наблюдения в аккуратные ряды чисел. В XIX веке вычислительный труд требовался и в инженерии: выпускники Института корпуса инженеров путей сообщения выполняли рутинные расчеты для строительства мостов и железных дорог.
При статистических комитетах в губерниях и в Министерстве финансов работали так называемые «числовики», которые занимались сводом и обработкой данных для бюрократической машины. В Военно-морском ведомстве и Артиллерийском комитете существовали группы, которые рассчитывали таблицы для стрельбы и навигации.
С 1920-х годов в СССР с внедрением централизованного управления экономикой потребность в вычислениях резко возросла. Госплан, Центральное статистическое управление и другие органы содержали целые отделы счетчиков, которые вручную сводили экономические показатели пятилеток. В университетах и научных институтах создавались вычислительные лаборатории: там студенты и сотрудники решали уравнения на бумаге или с помощью арифмометров. В СССР механический арифмометр «Феликс» выпускался серийно с 1929 по 1978 год, порядка 3 000 000 штук).
Во время Великой Отечественной войны труд вычислителей стал критически важным. В артиллерийских академиях и оборонных НИИ работали группы, составлявшие баллистические таблицы и решавшие задачи аэродинамики для авиации. В авиационных КБ коллективы «компьютеров» просчитывали профили крыльев и нагрузки конструкций. В этих залах царила та же атмосфера, что и в американских или британских центрах: длинные ряды столов, листы бумаги, калькуляторы, бесконечные проверки и перекрестные сверки.
В послевоенные годы, во время атомного проекта, потребность в ручных вычислениях достигли пика. В закрытых городах Арзамас-16 и Челябинск-70 трудились сотни молодых женщин-математиков. Их задачей было решать уравнения диффузии, нейтронного переноса, теплопередачи. Использовались арифмометры, логарифмические линейки и разного рода электромеханические калькуляторы. Ошибка одного человека могла перечеркнуть недели работы, и потому каждый шаг дублировался несколькими группами. В воспоминаниях участников сохранилась картина огромных залов, где люди сутками исполняли роль живых алгоритмов.