تاريخ الحواسيب الإلكترونية ، الجزء 4: الثورة الإلكترونية

حتى الآن ، تذكرنا باستمرار كل من المحاولات الثلاث الأولى لبناء كمبيوتر إلكتروني رقمي: كمبيوتر Atanasov-Berry ABC ، ​​الذي صممه جون أتاناسوف ؛ مشروع ضخم بريطاني بقيادة تومي فلاورز وإنياك ، تم إنشاؤه في مدرسة مور بجامعة بنسلفانيا. كل هذه المشاريع كانت ، في الواقع ، مستقلة. على الرغم من أن جون موشلي ، القوة الدافعة الرئيسية وراء مشروع ENIAC ، كان على علم بعمل Atanasov ، فإن مخطط ENIAC لم يكن مثل ABC. إذا كان هناك سلف مشترك لجهاز الحوسبة الإلكترونية ، فعندئذ كان عدادًا متواضعًا في Winn-Williams ، وهو أول جهاز يستخدم المصابيح الإلكترونية للتخزين الرقمي ، والذي سمح لـ Atanasov و Flowers and Maughli بالبدء في إنشاء أجهزة كمبيوتر إلكترونية.

ولكن لعبت واحدة فقط من هذه الآلات الثلاث ، دورا في الأحداث التي تلت ذلك. لم يقم ABC بأي عمل مفيد ، وبشكل عام ، هؤلاء الناس القلائل الذين عرفوا به قد نسوا ذلك. أثبتت مركبتان عسكريتان أنهما قد يتفوقان على أي جهاز كمبيوتر آخر موجود في السرعة المطلقة ، ومع ذلك ، فإن Colossus ظلت سرية حتى بعد هزيمة ألمانيا واليابان. أصبح ENIAC فقط معروفًا على نطاق واسع ، وبالتالي أصبح صاحب معيار الحوسبة الإلكترونية. والآن يستطيع كل من أراد إنشاء جهاز حوسبة يعتمد على أنابيب الإلكترون تأكيد نجاح مدرسة مور للتأكيد. اختفت الشكوك العميقة للمجتمع الهندسي ، والتي اجتمعت مع كل هذه المشاريع حتى عام 1945 ؛ المتشككين إما غيروا رأيهم أو صمتوا.

تقرير EDVAC

حددت وثيقة صدرت عام 1945 ، بناءً على تجربة إنشاء واستخدام ENIAC ، لهجة تطوير تكنولوجيا الكمبيوتر في العالم بعد الحرب العالمية الثانية. وقد أطلق عليها اسم "المسودة الأولى لتقرير EDVAC" [Electronic Discrete Variable Automatic Computer] ، وتم توفير نمط العمارة لأول أجهزة الكمبيوتر المبرمجة بالمعنى الحديث - أي لتنفيذ الأوامر المستخرجة من الذاكرة عالية السرعة. على الرغم من أن الأصل الدقيق للأفكار الواردة فيه يظل موضوع المناقشة ، فقد تم التوقيع عليه نيابة عن عالم الرياضيات جون فون نيومان (ني جانوس لاجوس نيومان). ما هو مميز لعقل الرياضيات ، قامت الوثيقة أيضًا بالمحاولة الأولى لاستخلاص دوائر الكمبيوتر من مواصفات جهاز معين ؛ لقد حاول فصل جوهر بنية الكمبيوتر عن تجسيداته المختلفة المحتملة والعشوائية.

فون نيومان ، المولود في المجر ، انتهى به المطاف في إيناك عبر برينستون (نيو جيرسي) ولوس ألاموس (نيو مكسيكو). في عام 1929 ، غادر ، بصفته عالم رياضيات شاب بارع ، مع إسهامات ملحوظة في وضع النظرية ، وميكانيكا الكم ونظرية الألعاب ، أوروبا من أجل شغل منصب في جامعة برينستون. بعد أربع سنوات ، عرض عليه معهد الدراسات المتقدمة القريب (IAS) موقعًا مدى الحياة في الولاية. بسبب نمو النازية في أوروبا ، انتهز فون نيومان بسعادة فرصة البقاء إلى أجل غير مسمى على الجانب الآخر من المحيط الأطلسي - وأصبح ، بعد الحقيقة ، أحد أوائل المثقفين اليهود من أوروبا النازية. بعد الحرب ، أعرب عن أسفه: "مشاعري تجاه أوروبا هي عكس الحنين إلى الماضي ، لأن كل ركن أعرفه يذكرني بعالم اختفى وأنقاض لا تجلب الراحة" ، وذكر "خيبة أمله الكاملة في إنسانية الناس من 1933 إلى 1938".

لقد تجنب فون نيومان ، الذي ابتعد عن شبابه الأوروبيين الضائعين من شبابه ، كل ما يدور في ذهنه لمساعدة آلة الحرب التي كانت تابعة للبلد الذي لجأ إليه. على مدى السنوات الخمس المقبلة ، سافر في جميع أنحاء البلاد ، وقدم المشورة والمشورة بشأن مجموعة واسعة من مشاريع الأسلحة الجديدة ، بينما تمكن بطريقة أو بأخرى من أن يصبح مؤلفًا مشاركًا لكتاب نظرية الألعاب. كان أكثر مهامه السرية والأكثر أهمية كمستشار هو منصبه في مشروع مانهاتن - محاولة لصنع قنبلة ذرية - وكان فريق أبحاثه في لوس ألاموس (نيو مكسيكو). قام روبرت أوبنهايمر بتجنيده في صيف عام 1943 للمساعدة في النمذجة الرياضية للمشروع ، وأقنعت حساباته بقية المجموعة بالتحرك في اتجاه القنبلة مع توجيه الانفجار نحو الداخل. مثل هذا الانفجار ، بفضل المتفجرات التي تنقل المواد الانشطارية إلى الداخل ، كان من المفترض أن يحقق سلسلة من ردود الفعل مكتفية ذاتيا. كنتيجة لذلك ، كان يلزم إجراء عدد كبير من العمليات الحسابية من أجل تحقيق انفجار كروي مثالي موجه إلى الداخل مع الضغط اللازم - وأي خطأ سيؤدي إلى انقطاع رد الفعل المتسلسل وإخفاق القنبلة.


فون نيومان أثناء عمله في لوس ألاموس

في لوس ألاموس ، عملت مجموعة مكونة من عشرين شخصًا يعملون على الكمبيوتر ، وكان لديهم أجهزة حاسوب مكتبية تحت تصرفهم ، لكنهم لم يتمكنوا من التعامل مع عبء الحوسبة. أعطاهم العلماء أجهزة IBM للعمل مع بطاقات المثقفين ، ولكن لا يزال لديهم الوقت. طلبوا معدات محسّنة من IBM ، وتلقوها في عام 1944 ، لكن لا يزال لديهم وقت.

بحلول ذلك الوقت ، أضاف فون نيومان مجموعة أخرى من الأماكن لزيارتها لجولة بحرية مستمرة في جميع أنحاء البلاد: لقد سافر حول جميع المواقع الممكنة لأجهزة الكمبيوتر التي قد تكون مفيدة في لوس ألاموس. كتب رسالة إلى وارن ويفر ، رئيس قسم الرياضيات التطبيقية في لجنة أبحاث الدفاع الوطني (NDRC) ، وتلقى بعض النصائح الجيدة. ذهب إلى هارفارد لرؤية مارك الأول ، لكنه كان بالفعل محملاً بالكامل بالأعمال الخاصة بالأسطول. لقد تحدث مع جورج ستيبيتز وفكر في طلب كمبيوتر ترحيل بيل الخاص بلوس ألاموس ، لكنه تخلى عن هذه الفكرة بعد معرفة المدة التي سيستغرقها ذلك. زار مجموعة من جامعة كولومبيا قامت بدمج العديد من أجهزة كمبيوتر IBM في نظام أوتوماتيكي أكبر يشغل Wallace Eckert ، ولكن لم تكن هناك تحسينات ملحوظة على أجهزة كمبيوتر IBM تلك الموجودة بالفعل في Los Alamos.

ومع ذلك ، لم يدرج ويفر مشروعًا واحدًا في القائمة التي أعطاها von Neumann: ENIAC. كان يعرف عنه بالتأكيد: في منصبه كمدير للرياضيات التطبيقية ، اضطر لرصد التقدم المحرز في جميع مشاريع الحوسبة في البلاد. يمكن أن يكون لدى ويفر و NDRC شكوك حول جدوى وتوقيت ENIAC ، لكن من المدهش أنه لم يذكر وجودها.

أيا كان السبب في ذلك ، ولكن كنتيجة لذلك ، اكتشف فون نيومان معلومات عن ENIAC فقط من خلال فرصة اللقاء على منصة للسكك الحديدية. روى هذه القصة هيرمان جولدشتاين ، وهو وسيط في مختبر الاختبارات في مدرسة مور التي بنيت فيها ENIAC. ذهب جولدشتاين إلى فون نيومان في محطة قطار أبردين في يونيو عام 1944 - غادر فون نيومان مع أحد مشاوراته ، والتي قدمها ، كعضو في اللجنة الاستشارية العلمية ، في مختبر أبحاث الباليستية في أبردين. عرف جولدشتاين سمعة فون نيومان كرجل عظيم ، وبدأ محادثة معه. رغبة في التأثير ، لم يستطع أن يذكر مشروعًا جديدًا ومثيرًا للاهتمام في فيلادلفيا. تغير نهج فون نيومان على الفور من زميل محبوب إلى وحدة تحكم صارمة ، وقصف جولدشتاين بالأسئلة المتعلقة بتفاصيل الكمبيوتر الجديد. وجد مصدرًا جديدًا مثيرًا للاهتمام لقدرة الكمبيوتر الكامنة في لوس ألاموس.

زار فون نيومان لأول مرة بريسبر إيكيرت ، جون موشلي ، وأعضاء آخرين من فريق ENIAC في سبتمبر 1944. لقد وقع في حب هذا المشروع على الفور وأضاف عنصرًا آخر إلى قائمته الطويلة من المنظمات الاستشارية. استفاد كلا الجانبين من هذا. من السهل أن نرى كيف جذبت إمكانات الحوسبة الإلكترونية عالية السرعة فون نيومان. تمكنت ENIAC ، أو آلة مماثلة ، من التغلب على جميع القيود الحسابية التي أعاقت تقدم مشروع مانهاتن والعديد من المشاريع القائمة أو المحتملة الأخرى (ومع ذلك ، فإن قانون ساي ، الذي لا يزال ساري المفعول حتى اليوم ، يضمن أن ظهور القدرات الحسابية سيتسبب في حدوث طلب متساوٍ عليها قريبًا) . بالنسبة لمدرسة مور ، فإن نعمة أخصائي معترف به مثل فون نيومان تعني نهاية الشك تجاههم. علاوة على ذلك ، نظرًا لعقله الحيوي وخبرته الغنية في العمل في جميع أنحاء البلاد ، لم يكن لديه أي مساوٍ في اتساع وعمق المعرفة في مجال الحوسبة التلقائية.

هكذا انخرط فون نيومان في خطة Eckert و Mouchley لإنشاء تابع لـ ENIAC. جنبا إلى جنب مع الألمانية جولدشتاين وعالم الرياضيات الآخر في ENIAC ، آرثر بيركس ، بدأوا في رسم رسومات للمعلمات للجيل الثاني من أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية ، ولخص فون نيومان أفكار هذه المجموعة بالذات في تقرير "المسودة الأولى". كان من المفترض أن تصبح الماكينة الجديدة أكثر قوة ، وأن تحصل على ملامح أكثر سلاسة ، والأهم من ذلك ، أن تتغلب على أكبر عائق أمام استخدام ENIAC - عدة ساعات من التوليف لكل مهمة جديدة ، وخلالها جلس هذا الكمبيوتر القوي والمكلف للغاية. تجنب مطورو الآلات الكهروميكانيكية من الأجيال الأحدث ، كمبيوتر ترحيل Harvard Mark I و Bell ذلك عن طريق إدخال تعليمات إلى الكمبيوتر باستخدام شريط ورقي به ثقوب مثقوبة - يمكن للمشغل إعداد الورق أثناء قيام الآلة بحل مهام أخرى. ومع ذلك ، فإن مثل هذا إدخال البيانات ينفي ميزة السرعة للإلكترونيات ؛ لا توجد ورقة يمكن أن تغذي البيانات بأسرع ما يمكن أن تحصل عليه ENIAC. ("Colossus" عملت مع الورق باستخدام أجهزة استشعار كهروضوئية واستوعبت كل وحدة من وحدات الحوسبة الخمس البيانات بسرعة 5000 حرف في الثانية ، لكن هذا كان ممكنًا فقط بفضل التمرير الأسرع في شريط الورق. يتطلب التبديل إلى مكان تعسفي على الشريط تأخيرًا 0 ، 5 ق لكل 5000 خط).

يتمثل حل المشكلة الموضحة في "المسودة الأولى" في نقل تخزين التعليمات من "وسيط التسجيل الخارجي" إلى "الذاكرة" - تم استخدام هذه الكلمة لأول مرة فيما يتعلق بتخزين بيانات الكمبيوتر (استخدم von Neumann هذا المصطلح وغيره من المصطلحات البيولوجية في عمله - هو مهتم جدا بعمل الدماغ والعمليات التي تحدث في الخلايا العصبية). سميت هذه الفكرة لاحقًا بـ "تخزين البرامج". ومع ذلك ، أدى هذا على الفور إلى مشكلة أخرى - والتي أربكت Atanasov ، والتكلفة المفرطة للمصابيح الإلكترونية. قدرت "المسودة الأولى" أن الكمبيوتر القادر على أداء مجموعة واسعة من المهام الحسابية يتطلب ذاكرة من 250،000 رقم ثنائي لتخزين التعليمات والبيانات المؤقتة. ستكلف الذاكرة على الأنابيب الإلكترونية بهذا الحجم ملايين الدولارات ولن تكون موثوقة تمامًا.

اقترح إيكيرت حلاً للمعضلة ، الذي عمل في أوائل الأربعينيات من القرن الماضي على إجراء أبحاث على الرادار بموجب عقد بين مدرسة مور ومختبر راد لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وهو مركز الأبحاث المركزي لتكنولوجيا الرادار في الولايات المتحدة. على وجه التحديد ، عمل إيكيرت على نظام رادار يسمى "مؤشر الهدف المتحرك (MTI) ، والذي حل مشكلة" الإضاءة من الأرض ": أي ضوضاء على شاشة الرادار تم إنشاؤها بواسطة المباني والتلال والأجسام الثابتة الأخرى ، مما يجعل من الصعب على المشغل عزل المهم المعلومات - حجم وموقع وسرعة تحريك الطائرات.

في MTI ، تم حل مشكلة الفلاش باستخدام جهاز يسمى خط التأخير . قام بتحويل النبضات الكهربائية للرادار إلى موجات صوتية ، ثم أرسل هذه الموجات عبر أنبوب الزئبق حتى وصل الصوت إلى الطرف الآخر وعاد إلى نبض كهربائي في الوقت الذي أعاد فيه الرادار مسح نفس النقطة في السماء (خطوط تأخير للنشر) يمكن للوسائط الأخرى أيضًا استخدام الصوت: سوائل أخرى ، بلورات صلبة ، وحتى الهواء ، ووفقًا لبعض التقارير ، اخترع فيزيائيهم فيزيائي من مختبرات Bell William Shockley ، ثم حدث ذلك لاحقًا). أي إشارة قادمة من الرادار في نفس الوقت مثل الإشارة من خلال الهاتف تعتبر إشارة من كائن ثابت ، وتمت إزالتها.

أدرك إيكيرت أن نبضات الصوت في خط التأخير يمكن اعتبارها أرقامًا ثنائية - 1 تشير إلى وجود الصوت ، 0 - غيابه. قد يحتوي أحد أنابيب الزئبق على مئات من هذه الأرقام ، يمر كل منها عبر الخط عدة مرات بالميلي ثانية ، أي يحتاج الكمبيوتر إلى الانتظار بضع مئات من المايكرو ثانية للوصول إلى الرقم. في الوقت نفسه ، سيكون الوصول إلى الأرقام المتتالية في الهاتف أسرع ، حيث تم فصل الأرقام عن طريق بضع ثوانٍ فقط.


خطوط تأخير الزئبق في الكمبيوتر البريطاني EDSAC

بعد حل المشاكل الرئيسية في دارة الكمبيوتر ، جمع فون نيومان أفكار المجموعة بأكملها في التقرير المكون من 101 صفحة لـ "المسودة الأولى" في ربيع عام 1945 ووزعه على الشخصيات الرئيسية في مشروع EDVAC من الجيل الثاني. قريبا جدا دخل الدوائر الأخرى. على سبيل المثال ، أخذ عالم الرياضيات ليزلي كومري نسخة معه إلى بريطانيا ، بعد زيارة إلى مدرسة مور في عام 1946 ، وتبادلها مع زملائه. أثار توزيع التقرير غضبًا بين إكرت وماوكلي لسببين: أولاً ، نسبت معظم مزايا التطوير إلى مؤلف المسودة ، فون نيومان. ثانياً ، كل الأفكار الرئيسية الموجودة في النظام ، في الواقع ، تم نشرها من وجهة نظر مكتب براءات الاختراع ، والتي تتعارض مع خططهم لتسويق الكمبيوتر الإلكتروني.

إن أساس جريمة إيكيرت وماوخلي ، أثار بدوره غضب علماء الرياضيات: فون نيومان ، جولدشتاين وبورك. من وجهة نظرهم ، كان التقرير بمثابة معرفة جديدة مهمة يجب نشرها على أوسع نطاق ممكن وفقًا لروح التقدم العلمي. بالإضافة إلى ذلك ، تم تمويل هذا المشروع بالكامل من قبل الحكومة ، وبالتالي من قبل دافعي الضرائب الأمريكيين. تم صدهم من خلال محاولة Eckert و Mauchly التجارية كسب المال في الحرب. كتب فون نيومان: "لم يكن لي أن أتولى منصب مستشار في الجامعة ، مع العلم أنني أنصح مجموعة تجارية."

تباعدت طرق الفصائل في عام 1946: افتتح إيكيرت وموتشلي شركتهما الخاصة على أساس براءة اختراع تبدو أكثر أمانًا استنادًا إلى تقنية ENIAC. في البداية ، أطلقوا اسم شركتهم Electronic Control Company ، لكنهم في العام التالي أطلقوا عليها اسم Eckert-Mauchly Computer Corporation. عاد فون نيومان إلى IAS لإنشاء جهاز كمبيوتر يستند إلى EDVAC ، وانضم إليه Goldstein و Burks. لمنع تكرار الموقف مع Eckert و Mouchley ، تأكدوا من أن جميع الملكية الفكرية للمشروع الجديد أصبحت ملكية عامة.


فون نيومان أمام كمبيوتر IAS الذي بني في عام 1951.

تراجع مخصص لآل تورنج

كان من بين الأشخاص الذين شاهدوا تقرير EDVAC بطرق ملتوية عالم الرياضيات البريطاني آلان تورينج. لم يكن تورينج من أوائل العلماء الذين ابتكروا أو توصلوا إلى جهاز كمبيوتر أوتوماتيكي أو إلكتروني أو أي جهاز آخر ، وقد بالغ بعض المؤلفين دوره في تاريخ تكنولوجيا الكمبيوتر. ومع ذلك ، يجب أن نمنحه الفضل كأول شخص يدرك أن أجهزة الكمبيوتر لا يمكنها فقط "حساب" شيء ما عن طريق معالجة متسلسلة كبيرة من الأرقام. كانت فكرته الرئيسية هي أن المعلومات التي يعالجها العقل البشري يمكن تمثيلها كأرقام ، بحيث يمكن تحويل أي عملية عقلية إلى حساب.


آلان تورينج في عام 1951

في نهاية عام 1945 ، نشر تورينج تقريره الخاص ، الذي ذكر فون نيومان ، تحت اسم "اقتراح من جهاز كمبيوتر إلكتروني" ، والمخصص لمختبر الفيزياء البريطاني الحكومي (NPL). لم يذهب إلى تفاصيل التصميم المحددة للكمبيوتر الإلكتروني المقترح. يعكس مخططه عقل متخصص في المنطق. لم يكن من المفترض أن يكون لديه معدات خاصة للوظائف عالية المستوى ، حيث يمكن أن تتكون من بدايات منخفضة المستوى ؛ سيكون ثمرة قبيحة على التماثل الجميل للآلة. لم يخصص تورينج أيضًا أي ذاكرة خطية لبرنامج كمبيوتر - فقد تتعايش البيانات والتعليمات في الذاكرة ، لأن هذه مجرد أرقام. أصبح التعليم تعليماً فقط عندما تم تفسيره على هذا النحو (عمل Turing's 1936 "على أرقام محسوبة" درس بالفعل العلاقة بين البيانات الثابتة والتعليمات الديناميكية. ووصف ما أصبح لاحقًا يعرف باسم "آلة تورينج" وأظهر كيف يمكن تحويله إلى رقم و تغذية كمدخل لآلة تورينج عالمية قادرة على تفسير وتنفيذ أي آلة تورينج الأخرى). منذ أن علم تورينج أن الأرقام يمكن أن تمثل أي شكل من أشكال المعلومات المحددة بدقة ، فقد أدرج في قائمة المهام لحل هذه الآلة الحاسبة ليس فقط بناء جداول المدفعية وحل أنظمة المعادلات الخطية ، ولكن أيضًا حل الألغاز ودراسات الشطرنج.

لم يتم إنشاء جهاز تورينج التلقائي للحوسبة (ACE) في شكله الأصلي. , . , . 1950- NPL Pilot ACE — , , 1950- ACE . , .

, . 1950-, , , 1960-. , , .

ENIAC EDVAC . , « », . , 1946 , . , , , , , ( Mark I).

EDVAC ( , , , ENIAC, 1948 . , ). , 1940- 50- , ENIAC EDVAC. UNIVAC BINAC ( ) EDVAC ( , ), AVIDAC, CSIRAC, EDSAC, FLAC, ILLIAC, JOHNNIAC, ORDVAC, SEAC, SILLIAC, SWAC WEIZAC. IAS ( ), .

, . EDVAC 1948-, , , «», ( , . -. , , ). 1949 : Manchester Mark I, EDSAC , CSIRAC () BINAC – . , .

ENIAC , . - . « ENIAC Mark I ( )» – [Katherine Davis Fishman, The Computer Establishment (1982)]. , , , . , , . , Mark I , : « Mark I , . , , » [Aspray and Campbell-Kelly]. - .

, . , 1950- . , , ( , ). ENIAC 150 , 20 .

«» . 1940- , – . , ENIAC, IBM, . 1949 : ENIAC ; V , IBM , . , , ( ) .

1945 , ENIAC, 1954-, IBM 650 704. , , , IBM , . , 1940-, , ; .


IBM 650 – A&M. () , .

1950- , . 1930- 40- , . , , .

, . . . . , , , , «».

, , , . , , . 1948 , «, 10 000 (, , ), )». , ; , , , ; , . , , .

:

• David Anderson, “Was the Manchester Baby conceived at Bletchley Park?”, British Computer Society (June 4th, 2004)
• William Aspray, John von Neumann and the Origins of Modern Computing (1990)
• Martin Campbell-Kelly and William Aspray, Computer: A History of the Information Machine (1996)
• Thomas Haigh, et. al., Eniac in Action (2016)
• John von Neumann, “First Draft of a Report on EDVAC” (1945)
• Alan Turing, “Proposed Electronic Calculator” (1945)