Леонид Черняк – История электронных компьютеров (страница 11)
Однажды машина вышла из строя, и причина оказалась забавной: между контактами реле застрял мотылек. Его приклеили в журнал с подписью «First actual case of bug being found». Так родился термин bug и практический debugging.
После войны Хоппер создала первый компилятор, стояла у истоков COBOL, получила звание контр-адмирала и прозвище «бабушка COBOL».
Если Бэббидж был пророком, видевшим возможности вычислений в пространстве идей, Хоппер была строителем: она воплощала идеи в реальные программы, делая машины понятными человеку. Лавлейс предвидела, Хоппер создавала. Вместе они символизируют становление программирования как науки и искусства.
Наследник Аналитической машины Бэббиджа
Среди создателей машин нулевого поколения одной из ярких фигур был Ванневар Буш. Его знаменитый дифференциальный анализатор – лишь часть его деятельности. Буш сочетал научный талант, инженерное мышление и организаторские способности, что позволило ему создать модели управления крупными научными проектами и в итоге подготовить основу для будущего развития вычислительной техники и Интернета.
• В Буше сочетались три ключевых качества:
• Крупный академический ученый и преподаватель;
• Универсальный инженер с масштабным видением;
• Искусный организатор и администратор.
Даже после выхода на пенсию он продолжал работать с инженерными проектами, например, изготавливая уникальные хирургические инструменты.
До Второй мировой войны Буш преподавал в MIT, был деканом и занимался научной работой. В 1940 году президент Рузвельт пригласил его в администрацию в качестве научного советника. Буш организовывал работу ученых и инженеров, включая многих европейских эмигрантов, в рамках американского военно-промышленного комплекса. Его действия способствовали продвижению США на передовые позиции в науке и технике.
Буш осознал необходимость использования высоких технологий в военной индустрии и сумел преодолеть сопротивление как со стороны консервативных военных, так и со стороны европейских ученых-эмигрантов, направив их усилия на практическое применение науки в обороне. Его вклад в организацию научной работы был настолько значительным, что его прозвали «царем американской науки» – за участие в Манхэттенском проекте и руководство рядом оборонных исследований.
Первая версия дифференциального анализатора была создана в 1931 году в MIT. Машина решала дифференциальные уравнения, что являлось ключевым инструментом для баллистики, электротехники и других прикладных дисциплин. Анализатор Буша стал связующим звеном между разностной машиной Бэббиджа и интегратором Кельвина, объединив автоматическое решение задач и физическое непрерывное вычисление. Машина стала универсальной платформой для моделирования реального мира.
Конструкция включала:
• шесть механических интеграторов с вращающимися дисками и колесами;
• координатные передатчики для задания входных функций и считывания результатов;
• цепи шкивов, валов и дифференциальных механизмов для передачи вращения между блоками;
• электромоторы и системы обратной связи для стабилизации работы;
• панель настройки для задания структуры уравнения.
Машина была аналоговой: вместо чисел использовались физические величины – углы, скорость вращения, линейные смещения. Решение уравнения воспроизводилось как динамический процесс, а результаты записывались на самописце или считывались оператором.
Дифференциальный анализатор породил небольшое семейство аналогичных машин. Оригинал, построенный Бушем совместно с Гарольдом Хейзеном, стал прототипом модификаций в Пенсильванском университете (1935), которые повлияли на будущих создателей ENIAC – Моукли и Эккерта. Военные версии использовались для расчета баллистических таблиц в Абердинской Баллистической лаборатории. Копии и модификации машин появились в университетах Манчестера, Оксфорда, Кембриджа, Торонто, а в Великобритании один анализатор применял Алан Тьюринг при ранних экспериментах с вычислительными моделями.
Дифференциальный анализатор Буша стал не только инженерным проектом, но и организационным и концептуальным мостом к цифровой эпохе, демонстрируя, как научное видение может быть преобразовано в практический инструмент инженерии и обороны.
ENIAC – в одном шаге от настоящего компьютера
До настоящего компьютера оставался один шаг – и он был сделан с появлением ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Название машины отражало ее переходный характер и особенности понимания идеи компьютера в 1940-х:
• Electronic – впервые вычисления осуществлялись не механически, а с помощью электронных ламп. Это означало радикальный технологический сдвиг.
• Numerical Integrator – изначально ENIAC проектировался для расчета баллистических таблиц; интегрирование дифференциальных уравнений было ключевой задачей.
• Computer – слово, которое тогда еще чаще обозначало человека, выполняющего вычисления. Название символизировало замену человеческого труда машиной: «мы создаем электронного вычислителя, который выполняет работу человека».
Инженерное открытие сделали Джон Моукли и Преспер Эккерт, но выдающуюся роль в реализации проекта сыграл Герман Гольдштейн. Работая в Баллистическом исследовательском центре армии США, он стал посредником между разработчиками и военными, убедил руководство в стратегической важности ENIAC и обеспечил финансирование. Голдстайн продемонстрировал, что даже гениальные инженеры нуждаются в инфраструктуре и визионерах для воплощения своих идей.
• ENIAC был массивной конструкцией:
• около 18 000 вакуумных ламп;
• площадь около 170 м²;
• потребление энергии до 150 кВт.
При этом машина могла выполнять около 5000 операций сложения в секунду, что в сотни раз превышало скорость электромеханических предшественников. Работа с ENIAC требовала тщательного охлаждения и постоянного обслуживания; температура в зале могла достигать невыносимых уровней.
Особую роль сыграли женщины-программистки – шесть сотрудниц, включая Джин Бартик и Кэй МакНалти. Они разработали методы ручного программирования машины, оперируя сложной системой кабелей и переключателей. Их вклад долго оставался в тени, но без них проект не достиг бы успеха.
ENIAC создавался как инструмент Второй мировой войны для ускорения артиллерийских расчетов. Хотя машина была завершена в 1945 году и продемонстрирована в 1946-м, она оказала колоссальное влияние на дальнейшие разработки:
Технологический прорыв – переход к полностью электронным вычислениям радикально ускорил обработку информации.
• Переходная архитектура – ENIAC не имел хранимой программы, но заложил идею универсальности: машину можно было перепрограммировать для разных задач.
• Ограничения – сложность перепрограммирования и отсутствие хранимой программы стимулировали разработку EDVAC и архитектуры фон Неймана.
• Институциональный эффект – ENIAC показал возможность электронных вычислений, изменив отношение военных, инженеров и ученых к вычислительной технике.
• Социальное значение – женщины-программистки ENIAC положили начало истории женского участия в программной инженерии.
ENIAC не был компьютером в полном смысле, но стал мостом к ним. Он доказал практическую возможность электронных вычислений и запустил эпоху дальнейших разработок.
Глава 3. Школа Мура и создание первого электронного компьютера
Феномен Школы Мура: инженерия и наука
Создание первого электронного компьютера с хранимой в памяти программой обычно представляют слишком упрощенно. Устоявшаяся легенда звучит так: «Великий математик Джон фон Нейман предложил схему, которая в дальнейшем получила название архитектура фон Неймана, а инженеры, следуя его гениальному предвидению, построили EDVAC, который стал прототипом всех последующих машин». Этот придуманный сюжет повторяется от книги к книге, хотя реальная история оказалась гораздо сложнее.
Для полноценного понимания происходившего полезно обратиться к системному подходу, разработанному австрийским биологом и философом Людвигом фон Берталанфи. У него «подмоченная репутация» – вступил в нацистскую партию в 1938 году и использовал свои связи с режимом для продвижения академической карьеры. Это не умаляет его научного вклада. Говоря о связи теории и практики он подчеркивал, что инженерная практика и фундаментальная наук должны рассматриваться как части одной большой системы. Он писал: «Практика рождает новые идеи, а теория помогает создавать еще более совершенные устройства». Такой взгляд позволяет увидеть историю первого компьютера во всей ее полноте.
От стереотипов к реальности
Системному пониманию истории технологий мешают укоренившиеся стереотипы. Мы привыкли считать, что теория всегда предшествует практике: сначала ученые открывают законы природы, затем инженеры воплощают их в устройствах. Часто в качестве образца приводят ядерную физику: исследователи изучили процессы деления атома – и лишь после этого появились реакторы и атомное оружие.
Такая схема прочно закрепилась и в представлениях о вычислительной технике. Архитектура фон Неймана нередко подается как исходная теоретическая модель, из которой выросли все последующие компьютеры. Однако реальная история развития вычислений была куда менее линейной и значительно более взаимной: практика нередко опережала теорию, а инженерные решения появлялись раньше их строгого концептуального осмысления.