Леонид Черняк – История электронных компьютеров (страница 10)

Родившийся в 1910 году в Берлине, Цузе поначалу увлекался живописью и архитектурой. В 1935 году стал инженером-проектировщиком в авиационной фирме Heinkel, где столкнулся с громоздкими ручными расчетами и задумался о создании автоматической вычислительной машины. В 1936 году он сформулировал главный принцип: вычислитель должен преобразовывать одну спецификацию в другую по заданным правилам. В 1943 году он даже дал собственное определение компьютинга – «получение новой спецификации на основании старой и предписаний».

Первая машина Цузе, Z1, была построена в 1938 году. Она представляла собой программируемый механический двоичный компьютер, где арифметические и логические операции выполнялись приспособлениями, изготовленными из металлических пластин. Память вмещала 64 слова по 22 бита, программы считывались с перфоленты. Машина работала нестабильно, но уже здесь проявилось инженерное новаторство Цузе.

В 1940 году Цузе построил Z2, электромеханический компьютер на телефонных реле. В 1941 году появилась Z3 – полноценный программируемый цифровой компьютер на 2600 реле. Позднее было доказано, что Z3 обладала всеми свойствами тьюринг-полной машины. Во время войны Цузе работал над Z4, которая была завершена в 1945 году и позже вывезена в Швейцарию. В 1950 году Z4 заработала в Цюрихском политехникуме (ETH Zürich) и стала первой коммерчески используемой вычислительной машиной в Европе, работая до середины 1950-х годов.

Параллельно, в 1942–1946 годах, Цузе разработал проект языка Plankalkül («план вычислений») – первого в истории формального языка программирования для записи алгоритмов. Его идеи опередили свое время на десятилетия, но публикация состоялась лишь в 1972 году, а практическая реализация появилась в 1970–1980-х.

В 1940 году Цузе основал фирму Zuse Apparatebau, но в 1945-м ее здания были уничтожены бомбежкой. В 1949 году он создал компанию Zuse KG, первую компьютерную фирму в Германии. Z4 стала основой для дальнейших разработок: появились релейные Z5 и Z11 (последняя оказалась успешной в университетах и геодезии). К середине 1950-х стало ясно, что механические и релейные системы исчерпали себя, и Цузе перешел на электронику, выпустив ламповую Z22, а затем транзисторные Z23 и Z31.

В 1967 году Siemens приобрел Zuse KG, а ее основатель отошел от бизнеса. Оставив индустрию, Цузе занимался различными проектами: интересовался ветряными двигателями, теорией сетей Петри и вновь вернулся к живописи. В 1980-е годы он даже выставлялся под псевдонимом Kuno See, сочетая инженерию и искусство.

Сегодня заслуги Конрада Цузе признаются как один из основополагающих вкладов в развитии вычислительной техники. В условиях политической изоляции ему удалось создать целое семейство машин, заметно предвосхитивших мировое развитие, а Plankalkül стал предвестником современных языков программирования. Цузе остался в истории как изобретатель, который почти в одиночку и в тени войны открыл свою дорогу к цифровой эпохе.

Калькулятор с дистанционным доступом

Имя Джорджа Стибица сегодня известно гораздо меньше, чем других первопроходцев компьютерной эры. Он открыл два направления, без которых трудно представить современную информатику: релейную вычислительную технику и концепцию удаленного доступа к компьютеру.

В 1930-е годы Стибиц работал в Bell Labs, где параллельно с Клодом Шенноном занимался применением булевой алгебры. Их пути разошлись: Шеннон ушел в теорию информации, а Стибиц – в практическую автоматизацию вычислений. Оба заложили фундамент «цифровой революции», но Стибиц пошел по пути инженерной реализации и доказательства работоспособности идей на практике.

Первый прототип релейного калькулятора Стибиц собрал в 1937 го на собственной кухне. Для конструкции использовались подручные материалы: лампочка от сигнального фонаря, звонок и выключатель от дверного звонка. Машина получила шуточное название Model K (от kitchen – кухня). Лампочка моргала при работе, а звонок сигнализировал о завершении вычисления. Этот скромный эксперимент стал началом целого направления. Сегодня Model K хранится в Смитсоновском институте.

В 1940 году в Bell Labs Стибиц создал первый настоящий релейный калькулятор – Complex Number Calculator (Model I). Машина насчитывала около 450 телефонных реле и имела несколько принципиально новых особенностей:

• ввод и вывод осуществлялся через телетайпы;

• данные представлялись в двоично-десятичной форме;

• к машине можно было подключать несколько удаленных терминалов;

• отдельные арифметические блоки обрабатывали одновременно реальную и мнимую часть комплексного числа.

11 сентября 1940 года Стибиц организовал первую в истории демонстрацию удаленного доступа: терминалы, установленные в Дартмутском колледже (Нью-Гэмпшир), связывались по телефонной линии с калькулятором в Bell Labs в Нью-Йорке. По сути, это был прообраз будущих компьютерных сетей и удаленных вычислений.

Model I предназначался для расчетов с комплексными числами. Несмотря на то, что одна операция занимала до 30 секунд, машина исправно работала почти девять лет – с 1940 по 1949 год. Это демонстрировало не только надежность релейной техники, но и эффективность инженерной мысли Стибица.

Джордж Стибиц вошел в историю как человек, впервые связавший вычислитель с удаленным терминалом и продемонстрировавший возможности релейной автоматики. Он доказал, что надежные цифровые вычисления возможны даже без электронных компонентов, а его демонстрация 1940 года стала первым шагом к будущим компьютерным сетям, послужив вдохновением для последующих проектов в ARPANET и системах удаленного доступа.

Harvard Mark I

Машина Harvard Mark I выпадает из ряда остальных машин нулевого поколения – она осталась в истории как пример утопического гигантизма. В истории технологий есть особые моменты, когда грандиозные замыслы выходят за пределы чисто утилитарного и становятся символами эпохи, почти мифами – монументами человеческой дерзости и мечты. Они демонстрируют дух времени, когда технологии не просто решали задачи, а становились олицетворением веры в безграничные возможности. Среди таких проектов:

• Titanic – символ индустриального оптимизма начала XX века, попытка создать непотопляемое чудо инженерии;

• Hindenburg – воздушный гигант эпохи дирижаблей, метафора мечты и опасности утопического гигантизма;

• Spruce Goose (H-4 Hercules) – деревянный гигант, символ технической дерзости и почти утопической амбиции.

Эпоха гигантских проектов завершилась. Сегодня величие измеряется точностью, скоростью и универсальностью, а не размером и сложностью. Но память о тех легендарных машинах живет – это памятники дерзости и мечты, уроки о границах возможностей и цене амбиций.

Два Говарда: Эйкен и Хьюз

В 1940-е годы жили два человека по имени Говард, создавшие машины-гиганты. Говард Хьюз построил деревянный летающий монстр Spruce Goose, а Говард Эйкен – гигантский вычислитель Harvard Mark I. Машины были совершенно разными: одна из дерева и воли, другая из металла и логики. Но обе стали символами эпохи, созданными не столько для использования, сколько как доказательство человеческой дерзости. Обе пережили своих создателей: Mark I теперь экспонируется в музее Гарвардского университета, Hercules – в Авиационном музее в Мак-Минвилле.

Идея Harvard Mark I напрямую восходит к Чарльзу Бэббиджу и его Analytical Engine. Хотя между ними лежит почти столетие, между ними прослеживается удивительная идейная преемственность. Эйкен наткнулся на труды Бэббиджа и почувствовал себя завершающим то, что тот начал. В предисловии к отчету о Mark I (1944) Эйкен называет Бэббиджа «первооткрывателем современной вычислительной машины» и посвящает ему свою работу.

Конструкция и технические характеристики

Mark I строилась на электромеханических реле, двигателях и роторах. Она могла выполнять арифметические операции, читать команды с бумажной ленты и следовать программе без вмешательства человека. В этом смысле функциональная модель Mark I повторяет замысел Бэббиджа: автоматическое исполнение сложных вычислений.

Практическое конструирование началось в 1939 году, а в январе 1943 ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator) выполнила первую тестовую программу. Машина имела:

• длину 15,5 м, высоту 2,4 м, глубину 0,6 м;

• вес 35 тонн, потребляемую мощность 25 кВт;

• 765 тыс. деталей и около 800 км проводов.

Числа хранились в регистрах из 10-зубчатых колес (24 колеса на регистр) с механизмом сквозного переноса десятков. Сложение занимало 0,3 секунды, умножение – 6 секунд, деление – 15 секунд, извлечение квадратного корня – около минуты. Главное достоинство – программирование последовательности действий, что стало революцией.

Mark I использовалась для баллистических таблиц, навигации и артиллерийских расчетов. После Mark I появились Mark II и Mark III, но вскоре на сцену вышли электронные компьютеры: ENIAC, EDVAC, UNIVAC, IBM 701, вытеснив электромеханику.

Первые «леди программирования»

Mark I стала первой программируемой машиной, а первую программу для нее написала Грейс Хоппер. В 1940 году Хоппер поступила на службу в Вооруженные силы США и стала третьим программистом Mark I в Бюро артиллерийских вычислительных проектов при Гарварде.