تاريخ الحواسيب الإلكترونية ، الجزء الأول: مقدمة

كما رأينا في مقال سابق ، فتح مهندسو الراديو والهاتف ، بحثًا عن مكبرات صوت أكثر قوة ، مجالًا تقنيًا جديدًا ، أطلق عليه اسم الإلكترونيات بسرعة. يمكن بسهولة تحويل مكبر الصوت الإلكتروني إلى مفتاح رقمي يعمل بسرعة أكبر بكثير من قريبه الكهروميكانيكية - مرحل هاتف. بسبب نقص الأجزاء الميكانيكية ، يمكن تشغيل المصباح الإلكتروني وإيقاف تشغيله في جزء من الثانية أو حتى أسرع ، وليس في عشرات المللي ثانية أو أكثر التي يتطلبها التتابع.

من عام 1939 إلى عام 1945 ، تم إنشاء ثلاثة أجهزة كمبيوتر على أساس هذه المكونات الإلكترونية الجديدة. لا تتزامن تواريخ بنائها بالتزامن مع فترة الحرب العالمية الثانية. هذا الصراع - الذي لم يكن له نظائر في التاريخ من خلال طريقة تسخير الناس إلى نير عربة الحرب - غير إلى الأبد العلاقة بين الدولتين وبين العلم والتكنولوجيا ، وجلب أيضًا عددًا كبيرًا من الأجهزة الجديدة إلى العالم.

تتشابك قصص أول ثلاثة أجهزة كمبيوتر إلكترونية مع الحرب. الأول كان مخصصًا لفك رموز الرسائل الألمانية ، وظل تحت غطاء السرية حتى السبعينيات ، عندما لم تعد ذات أهمية أخرى غير تاريخية. الثانية ، والتي كان ينبغي أن يسمع معظم القراء عنها ، كانت ENIAC ، وهي آلة حاسبة عسكرية تم الانتهاء منها بعد فوات الأوان للمساعدة في الحرب. ولكن هنا ننظر إلى أقرب الآلات الثلاث ، وهي من بنات أفكار جون فنسنت أتاناسوف .

أتاناسوف

في عام 1930 ، حقق أتاناسوف ، الابن المولود في أمريكا لمهاجر من بلغاريا العثمانية ، أخيرًا حلمه الشاب وأصبح فيزيائيًا نظريًا. ولكن ، كما هو الحال مع معظم هذه التطلعات ، لم يكن الواقع كما توقع. على وجه الخصوص ، مثل معظم طلاب الهندسة والعلوم الفيزيائية في النصف الأول من القرن العشرين ، كان على أتاناسوف أن يعاني من الأعباء المؤلمة للحوسبة المستمرة. تتطلب أطروحته في جامعة ويسكونسن حول استقطاب الهليوم ثمانية أسابيع من الحوسبة المملة باستخدام آلة حاسبة مكتبية ميكانيكية.


جون أتاناسوف في شبابه

بحلول عام 1935 ، قرر أتاناسوف ، الأستاذ في جامعة أيوا ، فعل شيء حيال هذا العبء. بدأ في اكتشاف الطرق الممكنة لبناء كمبيوتر جديد أكثر قوة. رفض الأساليب التناظرية (مثل محلل MIT التفاضلي) لأسباب التحديد وعدم الدقة ، قرر بناء جهاز رقمي يعمل مع الأرقام كقيم منفصلة ، وليس كقياسات مستمرة. منذ صغره ، كان على دراية بنظام الأرقام الثنائية وفهم أنه يقع بشكل أفضل على بنية نوع تشغيل / إيقاف التبديل الرقمي من الأرقام العشرية المعتادة. لذا قرر صنع آلة ثنائية. وأخيرًا ، قرر أنه لكي يكون الأسرع والأكثر مرونة ، يجب أن يكون إلكترونيًا ، ويستخدم مصابيح إلكترونية للحسابات.

كان Atanasov بحاجة إلى تحديد مساحة المهام - لأي حسابات كان ينبغي أن يكون جهاز الكمبيوتر الخاص به مناسبًا؟ في النهاية ، قرر أنه سيحل أنظمة المعادلات الخطية ، ويختزلها إلى متغير واحد (باستخدام طريقة غاوس ) - نفس الحسابات التي سادت في أطروحته. ستدعم ما يصل إلى ثلاثين معادلة ، حتى ثلاثين متغيرًا في كل منها. يمكن أن يحل مثل هذا الكمبيوتر مشاكل مهمة للعلماء والمهندسين ، وفي الوقت نفسه لا يبدو معقدًا بشكل لا يصدق.

عمل فني

بحلول منتصف الثلاثينيات ، كانت التكنولوجيا الإلكترونية قد وصلت إلى تنوع هائل مقارنة بالمصادر التي ظهرت قبل 25 عامًا. كان هناك تطوران مناسبان بشكل خاص لمشروع Atanasov: مشغل التتابع وعداد إلكتروني.

منذ القرن التاسع عشر ، كان تحت تصرف مهندسي التلغراف والهاتف جهاز مناسب يسمى التبديل. المحول عبارة عن مرحل ثنائي الثبات يستخدم مغناطيسًا دائمًا للاحتفاظ به في الحالة التي تركتها فيها - مفتوحة أو مغلقة - حتى يتلقى إشارة كهربائية للتبديل بين الحالات. لكن الأنابيب الإلكترونية لم تكن قادرة على ذلك. لم يكن لديهم مكون ميكانيكي ، ويمكن أن يكونوا "مفتوحين" أو "مغلقين" بينما تتدفق الكهرباء أو لا تتدفق على طول الدائرة. في عام 1918 ، قام فيزيائيان بريطانيان ، ويليام أكليس وفرانك جوردان ، بتوصيل المصباحين بالأسلاك حتى يحصلوا على "مُشغل ترحيل" - مرحل إلكتروني يظل دائمًا قيد التشغيل بعد تشغيله من النبض الأولي. أنشأ آكلز والأردن نظام الاتصالات الخاص بهما لصالح الأميرالية البريطانية في نهاية الحرب العالمية الأولى. لكن دائرة Ackles-Jordan ، والتي أصبحت تعرف فيما بعد باسم الزناد [م. flip-flop] يمكن اعتباره جهازًا لتخزين الرقم الثنائي - 1 ، إذا تم إرسال الإشارة ، و 0 في حالة أخرى. بهذه الطريقة ، من خلال n مشغلات ، يمكن للمرء أن يمثل عددًا ثنائيًا من n بت.

بعد حوالي عشر سنوات من الزناد ، كان هناك اختراق كبير ثاني في الإلكترونيات ، واجه عالم الحوسبة: العدادات الإلكترونية. ومرة أخرى ، كما حدث غالبًا في التاريخ المبكر للحوسبة ، أصبح الملل أم الاختراع. كان على الفيزيائيين الذين درسوا إشعاع الجسيمات دون الذرية إما الاستماع إلى النقرات أو قضاء ساعات في دراسة السجلات الفوتوغرافية ، مع حساب عدد الاكتشافات لقياس سرعة إشعاع الجسيمات بواسطة مواد مختلفة. قدمت العدادات الميكانيكية أو الكهروميكانيكية فرصة مغرية لتسهيل هذه الإجراءات ، لكنها تحركت ببطء شديد: لم يتمكنوا من تسجيل العديد من الأحداث التي حدثت بفارق مللي ثانية.

كان الشخصية الرئيسية في حل هذه المشكلة هو تشارلز إريل وين ويليامز ، الذي عمل تحت إشراف إرنست رذرفورد في مختبر كافنديش في كامبريدج. تعامل وين ويليامز بذكاء مع الإلكترونيات ، واستخدم بالفعل المصابيح (أو الصمامات ، كما كانت تسمى في بريطانيا) لإنشاء مكبرات الصوت ، والتي بفضلها كان من الممكن سماع الأحداث التي تحدث مع الجسيمات. في أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، أدرك أنه يمكن استخدام الصمامات لإنشاء عداد ، والذي أطلق عليه "عداد النطاق الثنائي" - أي عداد ثنائي. في الواقع ، كانت مجموعة من المحفزات التي يمكن أن تنقل مفاتيح أعلى السلسلة (في الواقع ، استخدم الثايراترون ، وأنواع المصابيح التي لا تحتوي على فراغ ، ولكن الغاز ، والتي يمكن أن تظل في وضع التشغيل بعد تأين الغاز تمامًا).

دخل عداد Wynn-Williams بسرعة مجموعة الأجهزة المختبرية اللازمة لكل من يشارك في فيزياء الجسيمات. بنى الفيزيائيون عدادات صغيرة جدًا ، غالبًا ما تحتوي على ثلاثة أحرف لكل منها (أي قادرة على العد حتى سبعة). كان هذا كافيًا لإنشاء مخزن مؤقت لعداد ميكانيكي بطيء ، ولتسجيل الأحداث التي تحدث بشكل أسرع من العداد مع الأجزاء الميكانيكية المتحركة ببطء يمكن تسجيلها.



ولكن من الناحية النظرية ، يمكن توسيع هذه العدادات إلى أعداد بحجم أو دقة تعسفية. كانت هذه ، بصرامة ، أول آلات حاسبة إلكترونية رقمية.

أتاناسوف بيري الكمبيوتر

كان أتاناسوف على دراية بهذه القصة ، والتي أقنعته بإمكانية بناء جهاز كمبيوتر إلكتروني. لكنه لم يستخدم مباشرة عدادات أو مشغلات ثنائية. في البداية ، حاول استخدام العدادات المتغيرة قليلاً على أساس نظام العد - بعد كل شيء ، ما هو الجمع ، مثل العد غير المتكرر؟ ولكن لسبب ما ، لم يتمكن من جعل دوائر العد موثوقة بما فيه الكفاية ، وكان عليه تطوير مخططاته الخاصة في الجمع والضرب. لم يستطع استخدام المحفزات للتخزين المؤقت للأرقام الثنائية ، حيث كانت لديه ميزانية محدودة ، وتم تحديد هدف طموح لتخزين ثلاثين معاملًا في وقت واحد. كما سنرى قريباً ، كان لهذا الوضع عواقب وخيمة.

بحلول عام 1939 ، أنهى أتاناسوف تصميم جهاز الكمبيوتر الخاص به. الآن هو بحاجة إلى رجل لديه المعرفة الصحيحة لبناءه. وجد مثل هذا الشخص في شخص خريج قسم الهندسة في معهد آيوا اسمه كليفورد بيري. وبحلول نهاية العام ، بنى أتاناسوف وتوت نموذجًا أوليًا صغيرًا. في العام التالي ، أكملوا النسخة الكاملة من الكمبيوتر بثلاثين احتمالية. في الستينيات ، أطلق عليه كاتب اكتشف تاريخه اسم أتاناسوف بيري للكمبيوتر (ABC) ، وتمسك الاسم. ومع ذلك ، لا يمكن القضاء على جميع أوجه القصور. على وجه الخصوص ، أعطى ABC خطأ حول رقم ثنائي واحد لكل 10000 ، والذي سيكون قاتلاً لأي حساب رئيسي.


كليفورد بيري و ABC في عام 1942

ومع ذلك ، في Atanasov و ABC الخاص به يمكنك العثور على جذور ومصدر جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة. ألم ينشئ (بمساعدة ماهرة من بيري) أول كمبيوتر رقمي إلكتروني ثنائي؟ أليست هذه هي الخصائص الرئيسية لمليارات الأجهزة التي تشكل وتحكم الاقتصادات والمجتمعات والثقافات حول العالم؟

لكن دعنا نعود. الصفات الرقمية والثنائية ليست من اختصاص ABC. على سبيل المثال ، كانت آلة حاسبة Bell Complex Number Computer (CNC) ، التي تم تطويرها في نفس الوقت تقريبًا ، جهاز كمبيوتر رقميًا ثنائيًا كهروميكانيكيًا قادرًا على إجراء العمليات الحسابية على المستوى المعقد. أيضًا ، كانت ABC و CNC متشابهتين من حيث أنهما قاما بحل المهام في منطقة محدودة ، ولم يكن بإمكانهما ، على عكس أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، قبول تسلسل عشوائي من التعليمات.

تبقى "إلكترونية". ولكن ، على الرغم من أن العناصر الرياضية الداخلية لشركة ABC كانت إلكترونية ، فقد عمل بسرعات كهروميكانيكية. نظرًا لأن Atanasov و Berry لأسباب مالية لم يتمكنوا من استخدام المصابيح الإلكترونية لتخزين الآلاف من الأرقام الثنائية ، فقد استخدموا مكونات كهروميكانيكية لهذا الغرض. تم إحاطة عدة مئات من الصمامات التي تقوم بإجراء العمليات الحسابية الأساسية بطبول دوارة وآلات ثقب صاخبة ، حيث تم تخزين القيم الوسيطة لجميع الخطوات الحسابية.

قام Atanasov و Berry بعمل بطولي في قراءة وكتابة البيانات لكمة البطاقات بسرعة كبيرة ، وحرقها بالكهرباء بدلاً من إحداث ثقوب فيها ميكانيكيًا. لكن هذا أدى إلى مشاكلها: كانت آلة الحرق مسؤولة عن خطأ واحد لكل 10000 رقم. علاوة على ذلك ، حتى مع بذل قصارى جهدهم ، لم تتمكن الآلة من "التثقيب" أسرع من سطر واحد في الثانية ، لذلك يمكن لـ ABC إجراء حساب واحد فقط في الثانية مع كل من الأجهزة الحسابية الثلاثين. في الوقت المتبقي ، كانت المصابيح الإلكترونية تجلس في وضع الخمول ، "تنقر بأصابعها على الطاولة" بفارغ الصبر ، بينما تدور كل هذه الآلات ببطء حولها. قام أتاناسوف وبيري بتثبيت حصان أصلي في عربة مع القش. (قدّر مدير المشروع لإعادة بناء ABC في التسعينات السرعة القصوى للجهاز ، مع الأخذ في الاعتبار كل الوقت المستغرق ، بما في ذلك مهمة مهمة المشغل ، بخمسة إضافات أو عمليات طرح في الثانية. وهذا بالطبع أسرع من الآلة الحاسبة البشرية ، ولكن ليس بهذه السرعة التي نربطها بأجهزة الكمبيوتر الإلكترونية.)


مخطط ABC. قامت الأسطوانات بتخزين الإدخال والإخراج المؤقت على المكثفات. سجلت دائرة تثقيب بطاقة الثيراترون وقارئ البطاقات وقراءة نتائج خطوة كاملة من الخوارزمية (استبعاد أحد المتغيرات من نظام المعادلات).

تعطل العمل على ABC في منتصف عام 1942 ، عندما وقع اتاناسوف وبيري في آلة عسكرية أمريكية سريعة النمو ، والتي تتطلب ليس فقط الجثث ، ولكن أيضًا العقول. تم استدعاء أتاناسوف إلى مختبر المدفعية البحرية في واشنطن لقيادة الفريق الذي يقوم بتطوير مناجم صوتية. تزوج بيري من سكرتير أتاناسوف ووجد وظيفة في شركة عسكرية متعاقدة في كاليفورنيا حتى لا يتم استدعاؤه للحرب. حاول أتاناسوف لبعض الوقت تسجيل براءات اختراعه في ولاية أيوا ، ولكن دون جدوى. بعد الحرب ، تناول أشياء أخرى ، ولم يعد يأخذ أجهزة الكمبيوتر على محمل الجد. تم إرسال الكمبيوتر نفسه إلى مكب النفايات عام 1948 لإفساح المجال أمام خريج جديد من المعهد في المكتب.

ربما بدأ أتاناسوف العمل للتو. كان يعتمد على منح جامعية متواضعة ، ويمكن أن ينفق بضعة آلاف من الدولارات فقط على إنشاء ABC ، ​​لذلك حل الاقتصاد محل جميع المشاكل الأخرى في مشروعه. إذا كان قد انتظر حتى أوائل الأربعينيات ، لكان بإمكانه الحصول على منحة حكومية لجهاز إلكتروني كامل. وفي هذه الحالة - مع الاستخدام المحدود ، مع الضوابط المعقدة ، غير الموثوق بها ، وليس بسرعة كبيرة - لم تصبح ABC إعلانًا واعدًا لفوائد الحوسبة الإلكترونية. آلة الحرب الأمريكية ، على الرغم من كل الجوع الحسابي ، رمى ABC إلى الصدأ في بلدة أميس بولاية أيوا.

آلات حوسبة الحرب

خلقت الحرب العالمية الأولى وأطلقت نظام ضخ ضخم للاستثمارات في العلوم والتكنولوجيا ، وأعدتها للحرب العالمية الثانية. في بضع سنوات فقط ، تحولت ممارسة شن الحرب على البر والبحر إلى استخدام الغازات السامة والألغام المغناطيسية والاستطلاع الجوي والقصف ، وما إلى ذلك. لا يمكن لزعيم سياسي وعسكري واحد أن يفشل في ملاحظة مثل هذه التحولات السريعة. كانت سريعة للغاية لدرجة أن الدراسات التي بدأت في وقت مبكر بما فيه الكفاية يمكن أن تنقلب المقاييس في اتجاه أو آخر.

كانت الولايات المتحدة تفتقر إلى المواد والعقول (فر الكثير منها من ألمانيا النازية) ، وكانوا بعيدين عن المعارك المباشرة من أجل البقاء والهيمنة التي أثرت على البلدان الأخرى. سمح هذا للبلد بتعلم هذا الدرس بشكل واضح. وقد تجلى ذلك في حقيقة أنه تم تخصيص موارد صناعية وفكرية هائلة لإنشاء أول سلاح ذري. كان الاستثمار في إنشاء تكنولوجيا الرادار ، الذي يقع مركزه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في Rad Lab ، استثمارًا أقل شهرة ، ولكن ليس أقل أهمية أو أصغر.

لذا فقد تلقى الحقل الجديد للحوسبة الآلية حصته من التمويل العسكري ، وإن كان على نطاق أصغر بكثير. لقد لاحظنا بالفعل مجموعة متنوعة من مشاريع الحوسبة الكهروميكانيكية الناتجة عن الحرب. بشكل نسبي ، كانت إمكانات أجهزة الكمبيوتر المستندة إلى الترحيل معروفة ، نظرًا لأن المقاسم الهاتفية مع آلاف المرحلات كانت تعمل لسنوات عديدة. لم تثبت المكونات الإلكترونية بعد قابليتها للتشغيل على هذا النطاق. يعتقد معظم الخبراء أن الكمبيوتر الإلكتروني سيكون حتمًا غير موثوق به (ABC يخدم كمثال) ، أو أن بنائه سيستغرق الكثير من الوقت. على الرغم من التدفق المفاجئ لأموال الحكومة ، كانت مشاريع الحوسبة الإلكترونية العسكرية قليلة ومتباعدة. تم إطلاق ثلاثة فقط ، وأدى اثنان منها فقط إلى ظهور آلات فعالة.

في ألمانيا ، أثبت مهندس الاتصالات السلكية واللاسلكية هيلموت شرير لصديقه كونراد زوس قيمة آلة إلكترونية أمام "V3" الكهروميكانيكية التي كان زوس يبنيها لصناعة الهواء (المعروفة لاحقًا باسم Z3). وافق Tsuse في النهاية على العمل في مشروع ثانٍ مع Schreyer ، وعرض معهد أبحاث الطيران تمويل نموذج أولي 100 مصباح في نهاية عام 1941. لكن في البداية تولى الرجلان المزيد من الأعمال العسكرية ذات الأولوية ، ثم تباطأ عملهما إلى حد كبير بسبب الضرر الناجم عن القصف ، ونتيجة لذلك ، لم يتمكنوا من جعل سيارتهم تعمل بشكل موثوق.


Zuse (يمين) و Schreyer (يسار) يعملان على كمبيوتر كهروميكانيكي في شقة Zuse's Berlin

وتم إنشاء أول كمبيوتر إلكتروني يقوم بعمل مفيد في مختبر سري في بريطانيا ، حيث اقترح مهندس اتصالات نهجًا جذريًا جديدًا للتحليل المشفر القائم على الصمام. هذه القصة سوف نكشفها في المرة القادمة.

ماذا تقرأ:

• Alice R. Burks and Arthur W. Burks ، أول كمبيوتر إلكتروني: قصة Atansoff (1988)
• ديفيد ريتشي ، رواد الكمبيوتر (1986)
• جين سمايلي ، الرجل الذي اخترع الكمبيوتر (2010)