Sejarah Komputer Elektronik, Bagian 1: Prolog

Seperti yang kita lihat di artikel sebelumnya , insinyur radio dan telepon, mencari amplifier yang lebih kuat, membuka bidang teknologi baru, yang dengan cepat dijuluki elektronik. Penguat elektronik dapat dengan mudah diubah menjadi sakelar digital, yang beroperasi pada kecepatan yang jauh lebih besar daripada kerabat elektromekanisnya - relai telepon. Karena kurangnya bagian mekanik, lampu elektronik dapat hidup dan mati dalam mikrodetik atau bahkan lebih cepat, dan tidak dalam puluhan milidetik atau lebih yang dibutuhkan oleh relai.

Dari tahun 1939 hingga 1945, tiga komputer dibuat berdasarkan komponen elektronik baru ini. Tanggal-tanggal pembangunan mereka tidak bersamaan dengan periode Perang Dunia Kedua. Konflik ini - yang tidak memiliki analog dalam sejarah dengan cara memanfaatkan orang untuk kuk kereta perang - selamanya mengubah hubungan antara kedua negara dan antara ilmu pengetahuan dan teknologi, dan juga membawa sejumlah besar perangkat baru ke dunia.

Kisah tiga komputer elektronik pertama saling terkait dengan perang. Yang pertama didedikasikan untuk menguraikan pesan-pesan Jerman, dan tetap di bawah kedok kerahasiaan sampai tahun 1970-an, ketika itu tidak lagi menarik selain sejarah. Yang kedua, yang seharusnya didengar oleh sebagian besar pembaca, adalah ENIAC, kalkulator militer yang dibuat terlambat untuk membantu perang. Tetapi di sini kita melihat yang paling awal dari tiga mesin, gagasan John Vincent Atanasov .

Atanasov

Pada tahun 1930, Atanasov, putra seorang Amerika yang lahir dari seorang emigran dari Ottoman Bulgaria , akhirnya mencapai impian mudanya dan menjadi ahli fisika teoretis. Tetapi, seperti halnya dengan sebagian besar aspirasi ini, kenyataan bukanlah yang ia harapkan. Secara khusus, seperti kebanyakan siswa teknik dan ilmu fisika pada paruh pertama abad ke-20, Atanasov harus menderita dari beban menyakitkan komputasi konstan. Disertasinya di University of Wisconsin tentang polarisasi helium membutuhkan delapan minggu komputasi yang membosankan dengan kalkulator meja mekanis.


John Atanasov di masa mudanya

Pada 1935, yang sudah menjadi profesor di Universitas Iowa, Atanasov memutuskan untuk melakukan sesuatu tentang beban ini. Dia mulai mencari cara yang mungkin untuk membangun komputer baru yang lebih kuat. Menolak metode analog (seperti penganalisis diferensial MIT) karena alasan keterbatasan dan ketidaktepatan, ia memutuskan untuk membangun mesin digital yang bekerja dengan angka sebagai nilai diskrit, dan bukan sebagai pengukuran kontinu. Dari masa mudanya, ia akrab dengan sistem bilangan biner dan memahami bahwa itu jatuh jauh lebih baik pada struktur tipe on / off dari saklar digital daripada angka desimal biasa. Jadi dia memutuskan untuk membuat mesin biner. Dan akhirnya, ia memutuskan bahwa untuk menjadi yang tercepat dan paling fleksibel, itu harus elektronik, dan menggunakan lampu elektronik untuk perhitungan.

Atanasov perlu menentukan ruang tugas - untuk perhitungan mana komputernya seharusnya cocok? Pada akhirnya, ia memutuskan bahwa ia akan menyelesaikan sistem persamaan linear, mereduksinya menjadi variabel tunggal (menggunakan metode Gauss ) - perhitungan yang sama yang berlaku dalam disertasinya. Ini akan mendukung hingga tiga puluh persamaan, hingga tiga puluh variabel di masing-masing. Komputer seperti itu dapat memecahkan masalah-masalah penting bagi para ilmuwan dan insinyur, dan pada saat yang sama tampaknya tidak terlalu rumit.

Karya seni

Pada pertengahan 1930-an, teknologi elektronik telah mencapai variasi yang sangat besar dibandingkan dengan sumber yang muncul 25 tahun sebelumnya. Dua pengembangan sangat cocok untuk proyek Atanasov: pemicu relai dan meter elektronik.

Sejak abad ke-19, para insinyur telegraf dan telepon siap menggunakan alat yang disebut saklar. Sakelar adalah relai yang dapat dihidupkan yang menggunakan magnet permanen untuk menahannya dalam keadaan di mana Anda membiarkannya - terbuka atau tertutup - hingga menerima sinyal listrik untuk beralih ke keadaan. Tetapi tabung elektron tidak mampu melakukannya. Mereka tidak memiliki komponen mekanis, dan mereka bisa "terbuka" atau "ditutup" ketika listrik mengalir atau tidak mengalir di sepanjang rangkaian. Pada tahun 1918, dua fisikawan Inggris, William Ackles dan Frank Jordan, menghubungkan kedua lampu dengan kabel sehingga mereka mendapat "pemicu-relai" - relai elektronik yang selalu tetap menyala setelah dinyalakan dari pulsa awal. Ackles dan Jordan menciptakan sistem telekomunikasi mereka untuk Angkatan Laut Inggris pada akhir Perang Dunia I. Tetapi sirkuit Ackles-Jordan, yang kemudian dikenal sebagai pemicu [eng. flip-flop] dapat dianggap sebagai perangkat untuk menyimpan digit biner - 1, jika sinyal ditransmisikan, dan 0 dalam kasus lain. Dengan cara ini, melalui n trigger, seseorang dapat merepresentasikan jumlah biner dari n bit.

Sekitar sepuluh tahun setelah pemicunya, ada terobosan besar kedua dalam elektronik, yang menghadapi dunia komputasi: meter elektronik. Dan lagi, seperti yang sering terjadi dalam sejarah awal komputasi, kebosanan menjadi ibu dari penemuan. Fisikawan yang mempelajari radiasi partikel subatomik harus mendengarkan klik atau menghabiskan berjam-jam mempelajari catatan foto, menghitung jumlah deteksi untuk mengukur kecepatan radiasi partikel oleh berbagai zat. Penghitung mekanis atau elektromekanis menyajikan peluang yang menggoda untuk memfasilitasi tindakan ini, tetapi mereka bergerak terlalu lambat: mereka tidak dapat mendaftarkan banyak peristiwa yang terjadi dengan selisih milidetik.

Tokoh kunci dalam memecahkan masalah ini adalah Charles Eril Wynn-Williams , yang bekerja di bawah arahan Ernest Rutherford di Laboratorium Cavendish di Cambridge. Wynn Williams dengan cekatan menangani barang elektronik, dan telah menggunakan lampu (atau katup, seperti yang disebut di Inggris) untuk membuat amplifier, berkat itu dimungkinkan untuk mendengar peristiwa yang terjadi dengan partikel. Pada awal 1930-an, ia menyadari bahwa katup dapat digunakan untuk membuat penghitung, yang ia sebut "penghitung skala biner" - yaitu penghitung biner. Bahkan, itu adalah satu set pemicu yang dapat mentransfer switch ke atas rantai (dalam praktiknya, ia menggunakan thyratron , jenis lampu yang mengandung bukan vakum, tetapi gas, yang bisa tetap dalam posisi on setelah gas terionisasi sepenuhnya).

Penghitung Wynn-Williams dengan cepat memasuki set perangkat laboratorium yang diperlukan untuk semua orang yang terlibat dalam fisika partikel. Fisikawan membangun penghitung yang sangat kecil, sering berisi masing-masing tiga karakter (yaitu, mampu menghitung hingga tujuh). Ini cukup untuk membuat buffer untuk penghitung mekanis lambat, dan untuk merekam peristiwa yang terjadi lebih cepat daripada penghitung dengan bagian mekanis yang bergerak lambat bisa mendaftarkannya.



Namun secara teori, penghitung seperti itu dapat diperluas ke jumlah ukuran atau akurasi sewenang-wenang. Ini adalah mesin-mesin penghitung elektronik digital pertama.

Komputer Atanasov-Berry

Atanasov akrab dengan cerita ini, yang meyakinkannya tentang kemungkinan membangun komputer elektronik. Tetapi dia tidak secara langsung menggunakan penghitung atau pemicu biner. Pada awalnya, ia mencoba menggunakan penghitung yang sedikit berubah untuk dasar sistem penghitungan - setelah semua, apa yang ditambahkan, seperti penghitungan yang tidak berulang? Tetapi untuk beberapa alasan, dia tidak bisa membuat sirkuit penghitungan cukup andal, dan dia harus mengembangkan skema penambahan dan perkaliannya sendiri. Dia tidak bisa menggunakan pemicu untuk penyimpanan sementara angka biner, karena dia memiliki anggaran terbatas, dan tujuan ambisius ditetapkan untuk secara bersamaan menyimpan tiga puluh koefisien. Seperti yang akan kita lihat nanti, situasi ini memiliki konsekuensi serius.

Pada 1939, Atanasov selesai mendesain komputernya. Sekarang dia membutuhkan seorang pria dengan pengetahuan yang tepat untuk membangunnya. Dia menemukan orang seperti itu dalam pribadi lulusan Departemen Teknik di Institut Iowa bernama Clifford Berry. Pada akhir tahun, Atanasov dan Berry membangun prototipe kecil. Tahun berikutnya, mereka menyelesaikan versi lengkap komputer dengan tiga puluh peluang. Pada 1960-an, seorang penulis yang menggali sejarah mereka memanggilnya Atanasoff-Berry Computer (ABC), dan namanya macet. Namun, semua kekurangan itu tidak bisa dihilangkan. Secara khusus, ABC memberikan kesalahan sekitar satu digit biner per 10.000, yang akan berakibat fatal untuk setiap perhitungan besar.


Clifford Berry dan ABC pada tahun 1942

Namun, di Atanasov dan ABC-nya Anda dapat menemukan akar dan sumber dari semua komputer modern. Apakah dia tidak membuat (dengan bantuan ahli Berry) komputer digital biner elektronik pertama? Apakah ini bukan karakteristik utama dari miliaran perangkat yang membentuk dan mengatur ekonomi, masyarakat, dan budaya di seluruh dunia?

Tapi mari kita kembali. Kata sifat digital dan biner bukan hak prerogatif ABC. Sebagai contoh, kalkulator Bell Complex Number Computer (CNC), yang dikembangkan sekitar waktu yang sama, adalah komputer digital, biner, elektromekanis yang mampu melakukan perhitungan pada bidang kompleks. Juga, ABC dan CNC serupa dalam hal mereka menyelesaikan tugas dalam area terbatas, dan tidak bisa, tidak seperti komputer modern, menerima urutan instruksi yang sewenang-wenang.

Tetap "elektronik." Tetapi, meskipun internal matematika ABC adalah elektronik, ia bekerja pada kecepatan elektromekanis. Karena Atanasov dan Berry karena alasan keuangan tidak dapat menggunakan lampu elektronik untuk menyimpan ribuan digit biner, mereka menggunakan komponen elektromekanis untuk ini. Beberapa ratus triode melakukan perhitungan matematika dasar dikelilingi oleh drum berputar dan mesin perforasi berdengung, di mana nilai-nilai menengah dari semua langkah komputasi disimpan.

Atanasov dan Berry melakukan pekerjaan heroik membaca dan menulis data pada kartu punch dengan sangat cepat, membakar mereka dengan listrik alih-alih membuat lubang di dalamnya secara mekanis. Tapi ini menyebabkan masalah: itu adalah mesin pembakaran yang bertanggung jawab atas 1 kesalahan per 10.000 angka. Selain itu, bahkan dengan upaya terbaik mereka, mesin tidak bisa "meninju" lebih cepat dari satu baris per detik, sehingga ABC hanya bisa melakukan satu perhitungan per detik dengan masing-masing dari tiga puluh perangkat aritmatika. Waktu yang tersisa, lampu elektronik duduk diam, tidak sabar "mengetukkan jari-jari mereka di atas meja", sementara semua mesin ini perlahan berputar di sekitar mereka. Atanasov dan Berry mengencangkan kuda ras asli ke gerobak dengan jerami. (Manajer proyek untuk merekonstruksi ABC pada 1990-an memperkirakan kecepatan maksimum alat berat, dengan memperhitungkan semua waktu yang dihabiskan, termasuk penugasan tugas operator, pada lima penambahan atau pengurangan per detik. Ini, tentu saja, lebih cepat dari kalkulator manusia, tetapi tidak kecepatan itu yang kami kaitkan dengan komputer elektronik.)


Skema ABC. Drum menyimpan input dan output sementara pada kapasitor. Sirkuit meninju kartu thyratron dan pembaca kartu mencatat dan membaca hasil dari seluruh langkah algoritma (menghilangkan salah satu variabel dari sistem persamaan).

Pekerjaan pada ABC terhenti pada pertengahan 1942 ketika Atanasov dan Berry mendaftar untuk mesin militer AS yang tumbuh cepat, yang tidak hanya membutuhkan tubuh, tetapi juga otak. Atanasov dipanggil ke Laboratorium Artileri Angkatan Laut di Washington untuk memimpin tim mengembangkan tambang akustik. Berry menikahi sekretaris Atanasov dan menemukan pekerjaan di perusahaan militer yang dikontrak di California sehingga dia tidak akan dipanggil untuk perang. Atanasov selama beberapa waktu mencoba mematenkan kreasinya di Iowa, tetapi tidak berhasil. Setelah perang, ia menangani hal-hal lain, dan tidak lagi menganggap serius komputer. Komputer itu sendiri dikirim ke tempat pembuangan sampah pada tahun 1948 untuk memberi jalan bagi lulusan baru lembaga di kantor.

Mungkin Atanasov mulai bekerja terlalu cepat. Itu didasarkan pada hibah universitas sederhana, dan hanya bisa menghabiskan beberapa ribu dolar untuk pembuatan ABC, jadi ekonomi menggantikan semua masalah lain dalam proyeknya. Jika dia menunggu sampai awal 1940-an, dia bisa menerima hibah pemerintah untuk perangkat elektronik penuh. Dan dalam keadaan ini - dengan penggunaan terbatas, dengan kontrol yang kompleks, tidak dapat diandalkan, tidak terlalu cepat - ABC tidak menjadi iklan yang menjanjikan tentang manfaat komputasi elektronik. Mesin perang Amerika, terlepas dari semua kelaparan komputasi, membuat ABC berkarat di kota Ames, Iowa.

Mesin perang komputasi

Perang Dunia Pertama menciptakan dan meluncurkan sistem pemompaan besar-besaran investasi dalam sains dan teknologi, dan mempersiapkannya untuk Perang Dunia Kedua. Hanya dalam beberapa tahun, praktik berperang di darat dan laut beralih ke penggunaan gas beracun, tambang magnet, pengintaian udara dan pemboman, dan sebagainya. Tidak seorang pemimpin politik dan militer pun yang dapat melihat transformasi yang begitu cepat. Mereka begitu cepat sehingga penelitian yang dimulai cukup awal dapat mendorong timbangan ke satu arah.

Amerika Serikat kekurangan bahan dan otak (banyak di antaranya melarikan diri dari Jerman Nazi), dan mereka jauh dari pertempuran langsung untuk bertahan hidup dan dominasi yang menyentuh negara-negara lain. Ini memungkinkan negara untuk mempelajari pelajaran ini dengan sangat jelas. Ini dimanifestasikan dalam fakta bahwa sumber daya industri dan intelektual yang luas dicurahkan untuk pembuatan senjata atom pertama. Investasi yang kurang dikenal, tetapi tidak kalah pentingnya atau lebih kecil adalah investasi dalam penciptaan teknologi radar, yang pusatnya terletak di MIT di Rad Lab.

Jadi bidang komputasi otomatis yang baru lahir telah menerima bagiannya dari pendanaan militer, meskipun dalam skala yang jauh lebih kecil. Kami telah mencatat berbagai proyek komputasi elektromekanis yang dihasilkan oleh perang. Secara relatif, potensi komputer berbasis relay diketahui, karena pertukaran telepon dengan ribuan relay telah beroperasi selama bertahun-tahun. Komponen elektronik belum membuktikan operabilitasnya pada skala seperti itu. Kebanyakan ahli percaya bahwa komputer elektronik pasti akan tidak dapat diandalkan (ABC dijadikan sebagai contoh), atau pembangunannya akan memakan waktu terlalu banyak. Meskipun tiba-tiba masuknya uang pemerintah, proyek-proyek komputasi elektronik militer hanya sedikit dan jarang terjadi. Hanya tiga yang diluncurkan, dan hanya dua di antaranya yang menghasilkan mesin yang efisien.

Di Jerman, insinyur telekomunikasi Helmut Schreyer membuktikan kepada temannya Konrad Zuse nilai mesin elektronik di depan elektromekanis "V3" yang Zuse bangun untuk industri udara (kemudian dikenal sebagai Z3). Tsuse akhirnya setuju untuk mengerjakan proyek kedua dengan Schreyer, dan Aviation Research Institute menawarkan untuk membiayai prototipe 100-lampu pada akhir 1941. Tetapi pada awalnya kedua orang itu mengambil lebih banyak pekerjaan militer yang diprioritaskan, dan kemudian pekerjaan mereka sangat diperlambat oleh kerusakan yang disebabkan oleh pemboman, dan sebagai hasilnya, mereka tidak dapat membuat mobil mereka bekerja dengan andal.


Zuse (kanan) dan Schreyer (kiri) sedang mengerjakan komputer elektromekanis di apartemen Zuse di Berlin

Dan komputer elektronik pertama yang melakukan pekerjaan yang bermanfaat diciptakan di laboratorium rahasia di Inggris, di mana seorang insinyur telekomunikasi mengusulkan pendekatan radikal baru untuk cryptanalysis berbasis katup. Kisah ini akan kami ungkapkan lain kali.

Apa lagi yang harus dibaca:

• Alice R. Burks dan Arthur W. Burks, Komputer Elektronik Pertama: The Atansoff Story (1988)
• David Ritchie, Pelopor Komputer (1986)
• Jane Smiley, Pria yang Menciptakan Komputer (2010)