L'histoire des ordinateurs électroniques, partie 1: Prologue

Comme nous l'avons vu dans un article précédent , les ingénieurs radio et téléphone, à la recherche d'amplificateurs plus puissants, ont ouvert un nouveau domaine technologique, qui a rapidement été baptisé électronique. L'amplificateur électronique pourrait facilement être transformé en commutateur numérique, fonctionnant à une vitesse beaucoup plus élevée que son parent électromécanique - un relais téléphonique. En raison du manque de pièces mécaniques, la lampe électronique pourrait s'allumer et s'éteindre en une microseconde ou même plus rapidement, et non dans les dizaines de millisecondes ou plus requises par le relais.

De 1939 à 1945, trois ordinateurs ont été créés à partir de ces nouveaux composants électroniques. Les dates de leur construction ne coïncident pas par coïncidence avec la période de la Seconde Guerre mondiale. Ce conflit - qui n'avait pas d'analogues dans l'histoire par la façon dont il attachait les gens au joug du char de guerre - a changé à jamais la relation entre les deux États et entre la science et la technologie, et a également apporté un grand nombre de nouveaux appareils au monde.

Les histoires des trois premiers ordinateurs électroniques sont étroitement liées à la guerre. Le premier était dédié au déchiffrement des messages allemands, et resta sous le couvert du secret jusque dans les années 1970, quand il n'avait plus d'intérêt autre que historique. Le deuxième, dont la plupart des lecteurs auraient dû entendre parler, était ENIAC, une calculatrice militaire qui a été terminée trop tard pour aider à la guerre. Mais ici, nous regardons la première des trois machines, l'idée originale de John Vincent Atanasov .

Atanasov

En 1930, Atanasov, le fils né en Amérique d'un émigrant de la Bulgarie ottomane , a finalement réalisé son rêve de jeunesse et est devenu un physicien théoricien. Mais, comme pour la plupart de ces aspirations, la réalité n'était pas ce à quoi il s'attendait. En particulier, comme la plupart des étudiants en génie et en sciences physiques de la première moitié du XXe siècle, Atanasov a dû souffrir des fardeaux douloureux de l'informatique constante. Sa thèse à l'Université du Wisconsin sur la polarisation de l'hélium a nécessité huit semaines de calcul fastidieux avec une calculatrice mécanique de bureau.


John Atanasov dans sa jeunesse

En 1935, déjà professeur à l'Université de l'Iowa, Atanasov décida de faire quelque chose pour ce fardeau. Il a commencé à trouver des moyens possibles de construire un nouvel ordinateur plus puissant. Rejetant les méthodes analogiques (telles que l'analyseur différentiel MIT) pour des raisons de limitation et d'inexactitude, il a décidé de construire une machine numérique qui fonctionnait avec des nombres comme valeurs discrètes, et non comme mesures continues. Dès sa jeunesse, il était familier avec le système de nombres binaires et a compris qu'il correspond beaucoup mieux à la structure du type marche / arrêt du commutateur numérique que les nombres décimaux habituels. Il a donc décidé de fabriquer une machine binaire. Et finalement, il a décidé que pour être le plus rapide et le plus flexible, il devait être électronique et utiliser des lampes électroniques pour les calculs.

Atanasov avait besoin de déterminer l'espace des tâches - pour quels calculs son ordinateur aurait-il dû convenir? En fin de compte, il a décidé qu'il résoudrait les systèmes linéaires d'équations, en les réduisant à une seule variable (en utilisant la méthode de Gauss ) - les mêmes calculs qui prévalaient dans sa thèse. Il prendra en charge jusqu'à trente équations, jusqu'à trente variables dans chacune. Un tel ordinateur pourrait résoudre des problèmes importants pour les scientifiques et les ingénieurs, et en même temps, il ne semble pas être incroyablement compliqué.

Oeuvre d'art

Au milieu des années 1930, la technologie électronique avait atteint une énorme variété par rapport aux sources apparues 25 ans auparavant. Deux développements étaient particulièrement bien adaptés au projet d'Atanasov: un déclencheur à relais et un compteur électronique.

Depuis le XIXe siècle, les ingénieurs du télégraphe et du téléphone disposaient d'un appareil pratique appelé interrupteur. Un interrupteur est un relais bistable qui utilise des aimants permanents pour le maintenir dans l'état dans lequel vous l'avez laissé - ouvert ou fermé - jusqu'à ce qu'il reçoive un signal électrique pour commuter les états. Mais les tubes électroniques n'en étaient pas capables. Ils n'avaient pas de composant mécanique et pouvaient être «ouverts» ou «fermés» pendant que l'électricité circulait ou ne circulait pas le long du circuit. En 1918, deux physiciens britanniques, William Ackles et Frank Jordan, ont connecté les deux lampes avec des fils de manière à obtenir un «déclencheur de relais» - un relais électronique qui reste toujours allumé après avoir été activé à partir de l'impulsion initiale. Ackles et Jordan ont créé leur système de télécommunications pour l'Amirauté britannique à la fin de la Première Guerre mondiale. Mais le circuit Ackles-Jordan, qui est devenu plus tard connu comme un déclencheur [eng. flip-flop] pourrait être considéré comme un dispositif de stockage d'un chiffre binaire - 1, si le signal est transmis, et 0 dans un autre cas. De cette façon, à travers n déclencheurs, on pourrait représenter un nombre binaire de n bits.

Une dizaine d'années après le déclenchement, il y a eu une deuxième percée majeure dans l'électronique, qui a fait face au monde de l'informatique: les compteurs électroniques. Et encore une fois, comme cela s'est souvent produit au début de l'histoire de l'informatique, l'ennui est devenu la mère de l'invention. Les physiciens qui ont étudié le rayonnement des particules subatomiques ont dû écouter des clics ou passer des heures à étudier les enregistrements photographiques, en comptant le nombre de détections pour mesurer la vitesse du rayonnement des particules par diverses substances. Les compteurs mécaniques ou électromécaniques présentaient une opportunité tentante de faciliter ces actions, mais ils se déplaçaient trop lentement: ils ne pouvaient pas enregistrer de nombreux événements survenus avec une différence de quelques millisecondes.

Le personnage clé pour résoudre ce problème était Charles Eril Wynn-Williams , qui travaillait sous la direction d'Ernest Rutherford au Cavendish Laboratory de Cambridge. Wynn-Williams manipulait habilement l'électronique et utilisait déjà des lampes (ou des valves, comme on les appelait en Grande-Bretagne) pour créer des amplificateurs, grâce auxquels il était possible d'entendre des événements se produisant avec des particules. Au début des années 1930, il s'est rendu compte que les vannes pouvaient être utilisées pour créer un compteur, qu'il a appelé un «compteur à échelle binaire», c'est-à-dire un compteur binaire. En fait, c'était un ensemble de déclencheurs qui pouvaient transférer des interrupteurs dans la chaîne (en pratique, il utilisait des thyratrons , des types de lampes ne contenant pas de vide, mais du gaz, qui pouvaient rester en position de marche après que le gaz était complètement ionisé).

Le compteur Wynn-Williams est rapidement entré dans l'ensemble des appareils de laboratoire nécessaires pour toutes les personnes impliquées dans la physique des particules. Les physiciens ont construit de très petits compteurs, contenant souvent trois caractères chacun (c'est-à-dire capables de compter jusqu'à sept). Cela suffisait à créer un tampon pour un compteur mécanique lent et à enregistrer des événements survenant plus rapidement qu'un compteur avec des pièces mécaniques se déplaçant lentement pourrait les enregistrer.



Mais en théorie, ces compteurs pourraient être étendus à des nombres de taille ou de précision arbitraires. Il s'agit à proprement parler des premières machines à calculer électroniques numériques.

Ordinateur Atanasov-Berry

Atanasov connaissait bien cette histoire, qui l'a convaincu de la possibilité de construire un ordinateur électronique. Mais il n'a pas directement utilisé de compteurs ou de déclencheurs binaires. Au début, il a essayé d'utiliser des compteurs légèrement modifiés pour la base du système de comptage - après tout, qu'est-ce que l'addition, comme le comptage non répétitif? Mais pour une raison quelconque, il ne pouvait pas rendre les circuits de comptage suffisamment fiables et il devait développer ses propres schémas d'addition et de multiplication. Il ne pouvait pas utiliser de déclencheurs pour le stockage temporaire de nombres binaires, car il avait un budget limité, et un objectif ambitieux était fixé pour stocker simultanément trente coefficients. Comme nous le verrons bientôt, cette situation a eu de graves conséquences.

En 1939, Atanasov a fini de concevoir son ordinateur. Maintenant, il avait besoin d'un homme avec les bonnes connaissances pour le construire. Il a trouvé une telle personne en la personne d'un diplômé du Département de génie de l'Institut de l'Iowa nommé Clifford Berry. À la fin de l'année, Atanasov et Berry ont construit un petit prototype. L'année suivante, ils ont terminé la version complète de l'ordinateur avec trente cotes. Dans les années 1960, un écrivain qui a déniché leur histoire l'appelait Atanasoff-Berry Computer (ABC), et le nom est resté. Cependant, toutes les lacunes n'ont pas pu être éliminées. En particulier, ABC a donné une erreur d'environ un chiffre binaire pour 10 000, ce qui serait fatal pour tout calcul majeur.


Clifford Berry et ABC en 1942

Cependant, dans Atanasov et son ABC, vous pouvez trouver les racines et la source de tous les ordinateurs modernes. N'a-t-il pas créé (avec l'aide habile de Berry) le premier ordinateur numérique électronique binaire? N'est-ce pas là les principales caractéristiques des milliards d'appareils qui façonnent et régissent les économies, les sociétés et les cultures à travers le monde?

Mais revenons en arrière. Les adjectifs numérique et binaire ne sont pas l'apanage d'ABC. Par exemple, le calculateur Bell Complex Number Computer (CNC), développé à la même époque, était un ordinateur numérique, binaire et électromécanique capable d'effectuer des calculs sur le plan complexe. De plus, ABC et CNC étaient similaires en ce qu'ils résolvaient des tâches dans un domaine limité et ne pouvaient pas, contrairement aux ordinateurs modernes, accepter une séquence arbitraire d'instructions.

Reste «électronique». Mais, bien que les mathématiques internes à ABC soient électroniques, il a travaillé à des vitesses électromécaniques. Comme Atanasov et Berry ne pouvaient pas, pour des raisons financières, utiliser des lampes électroniques pour stocker des milliers de chiffres binaires, ils ont utilisé des composants électromécaniques pour cela. Plusieurs centaines de triodes effectuant des calculs mathématiques de base étaient entourées de tambours rotatifs et de machines de perforation bourdonnantes, où étaient stockées les valeurs intermédiaires de toutes les étapes de calcul.

Atanasov et Berry ont fait un travail héroïque de lecture et d'écriture de données sur des cartes perforées à grande vitesse, les brûlant avec de l'électricité au lieu de les percer mécaniquement. Mais cela a conduit à ses problèmes: c'est la machine à brûler qui était responsable de 1 erreur pour 10 000 numéros. De plus, même avec leurs plus grands efforts, la machine ne pouvait pas «poinçonner» plus rapidement qu'une ligne par seconde, donc ABC ne pouvait effectuer qu'un seul calcul par seconde avec chacun des trente dispositifs arithmétiques. Le reste du temps, les lampes électroniques restaient inactives, "tambourinant leurs doigts sur la table" avec impatience, tandis que toutes ces machines tournaient péniblement lentement autour d'elles. Atanasov et Berry ont attaché un cheval pur-sang à une charrette de foin. (Le chef de projet pour ABC Recreation dans les années 1990 a estimé la vitesse maximale de la machine, en tenant compte de tout le temps passé, y compris la tâche de l'opérateur, à cinq ajouts ou soustractions par seconde. Ceci, bien sûr, est plus rapide qu'une calculatrice, mais pas la vitesse que nous associons aux ordinateurs électroniques.)


Schéma ABC. Les tambours stockaient des entrées et des sorties temporaires sur des condensateurs. Le circuit de perforation de carte thyratron et le lecteur de carte ont enregistré et lu les résultats de toute une étape de l'algorithme (en éliminant une des variables du système d'équations).

Le travail sur l'ABC s'est arrêté au milieu de 1942, quand Atanasov et Berry se sont inscrits à la machine militaire américaine à croissance rapide, qui nécessitait non seulement des corps, mais aussi des cerveaux. Atanasov a été appelé au Naval Artillery Laboratory de Washington pour diriger l'équipe de développement des mines acoustiques. Berry a épousé le secrétaire d'Atanasov et a trouvé un emploi dans une entreprise militaire sous contrat en Californie afin de ne pas être appelé à la guerre. Atanasov a essayé pendant un certain temps de breveter sa création dans l'Iowa, mais en vain. Après la guerre, il a pris d'autres choses et n'a plus pris les ordinateurs au sérieux. L'ordinateur lui-même a été envoyé dans une décharge en 1948 pour faire place à un nouveau diplômé de l'institut dans le bureau.

Peut-être qu'Atanasov a commencé à travailler trop tôt. Il était basé sur de modestes subventions universitaires et ne pouvait dépenser que quelques milliers de dollars pour la création de ABC, donc l'économie a supplanté tous les autres problèmes de son projet. S'il avait attendu jusqu'au début des années 40, il aurait pu recevoir une subvention du gouvernement pour un appareil électronique à part entière. Et dans cet état - avec une utilisation limitée, avec des contrôles complexes, peu fiable, pas très rapide - ABC n'est pas devenu une publicité prometteuse des avantages de l'informatique électronique. La machine de guerre américaine, malgré toute la faim de calcul, a jeté l'ABC à la rouille dans la ville d'Ames, Iowa.

Machines informatiques de guerre

La Première Guerre mondiale a créé et lancé un système de pompage massif des investissements dans la science et la technologie, et l'a préparé pour la Seconde Guerre mondiale. En quelques années seulement, la pratique de la guerre sur terre et en mer est passée à l'utilisation de gaz toxiques, de mines magnétiques, de reconnaissance et de bombardements aériens, etc. Pas un seul dirigeant politique et militaire ne pouvait manquer de constater des transformations aussi rapides. Ils étaient si rapides que les études commencées suffisamment tôt pouvaient faire pencher la balance dans un sens ou dans un autre.

Les États-Unis manquaient de matériel et d'esprit (dont beaucoup avaient fui l'Allemagne nazie), et ils étaient loin des batailles directes pour la survie et la domination qui touchaient d'autres pays. Cela a permis au pays d'apprendre cette leçon particulièrement clairement. Cela s'est manifesté par le fait que de vastes ressources industrielles et intellectuelles ont été consacrées à la création de la première arme atomique. Un investissement moins connu, mais non moins important ou moins important a été l'investissement dans la création d'une technologie radar, dont le centre était situé au MIT à Rad Lab.

Ainsi, le domaine naissant de l'informatique automatique a reçu sa part de financement militaire, bien qu'à une échelle beaucoup plus petite. Nous avons déjà noté la variété des projets de calcul électromécanique engendrés par la guerre. Relativement parlant, le potentiel des ordinateurs à relais était connu, car les échanges téléphoniques avec des milliers de relais fonctionnaient depuis de nombreuses années. Les composants électroniques n'ont pas encore prouvé leur opérabilité à une telle échelle. La plupart des experts pensaient qu'un ordinateur électronique serait inévitablement peu fiable (ABC a servi d'exemple), ou sa construction prendrait trop de temps. Malgré l'afflux soudain d'argent du gouvernement, les projets d'informatique électronique militaire étaient rares. Seuls trois ont été lancés, et seulement deux d'entre eux ont conduit à l'apparition de machines efficaces.

En Allemagne, l'ingénieur des télécommunications Helmut Schreyer a prouvé à son ami Konrad Zuse la valeur d'une machine électronique devant le «V3» électromécanique que Zuse construisait pour l'industrie de l'air (plus tard connu sous le nom de Z3). Tsuse a finalement accepté de travailler sur un deuxième projet avec Schreyer, et l'Aviation Research Institute a proposé de financer un prototype de 100 lampes à la fin de 1941. Mais au début, les deux hommes ont entrepris un travail militaire plus prioritaire, puis leur travail a été considérablement ralenti par les dommages causés par les bombardements, et en conséquence, ils n'ont pas pu faire fonctionner leur voiture de manière fiable.


Zuse (à droite) et Schreyer (à gauche) travaillent sur un ordinateur électromécanique dans l'appartement de Zuse à Berlin

Et le premier ordinateur électronique à faire un travail utile a été créé dans un laboratoire secret en Grande-Bretagne, où un ingénieur en télécommunications a proposé une nouvelle approche radicale de la cryptanalyse basée sur les valves. Cette histoire, nous la dévoilerons la prochaine fois.

Quoi d'autre à lire:

• Alice R. Burks et Arthur W. Burks, Le premier ordinateur électronique: l'histoire d'Atansoff (1988)
• David Ritchie, The Computer Pioneers (1986)
• Jane Smiley, l'homme qui a inventé l'ordinateur (2010)