Я познаю мир. Компьютеры и интернет: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Такое устройство тут же окрестили «машиной Тьюринга» и стали обсуждать, где ее можно использовать с наибольшей пользой. Кроме того, многих ученых и даже писателей–фантастов заинтересовал вопрос, до каких пределов может быть усовершенствовано такое устройство. Масла в огонь споров добавил и сам Тьюринг. Свою очередную статью он озаглавил: «Может ли машина мыслить?» А из самого текста можно было понять, что сам автор предполагает положительный ответ на свой вопрос.

Впрочем, пока теоретики и праздная публика спорили, практики потихоньку делали свое дело. Тот же Тьюринг в 1941 году был включен в секретную группу, которая в одной из лабораторий Манчестерского университета в Англии сконструировала вычислительную машину Colossus для решения очень важной задачи. С ее помощью удалось найти ключ к расшифровке секретных кодов немецких спецслужб. Кстати, сами немцы кодировали свои сообщения для передачи по радио с помощью машины Enigma и долгое время были уверены в невозможности расшифровать этот код...

Примерно в то же время еще один англичанин, которого звали Норберт Винер, участвовал в разработке быстродействующего артиллерийского вычислителя, который должен был обеспечить зенитные орудия данными для стрельбы по самолетам.

Когда же война закончилась, Винер выпустил в свет книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», в которой были сформулированы основные положения новой науки об универсальных законах управления. Название ее ученый вывел из греческого слова «кибернетос» – так древние греки называли лоцмана, навигатора, впередсмотрящего.

Так что, как видите, в 40–е годы XX века и теоретики и практики были уже готовы к появлению новых, еще более совершенных вычислительных машин. И в середине 1943 года началась работа над созданием первой электронной вычислительной машины. Руководили этой работой американские ученые Моучли и Эккерт, уже упоминавшиеся в нашей книге.

История «ЭНИАКа»

Джон Моучли после окончания университета и защиты докторской диссертации по физике в начале 30–х годов занимался вопросами статистического анализа геофизических данных. Сталкиваясь в процессе работы с необходимостью большого количества вычислений, Моучли пришел к мысли о необходимости создания быстродействующего и надежного вычислительного устройства.

Причем в отличие от других конструкторов он полагал, что лучшим элементом для счета и запоминания будут электронные лампы. В отличие от обычной электролампочки, где ток просто раскаляет спираль, в электронных лампах он выполняет другие функции.

Например, в лампах–диодах невидимый поток электронов просто перетекает с раскаленного электрода–катода на электрод–анод в одном лишь направлении. Обратно по законам физики он уже проследовать не может. Это свойство диодов используется, например, для преобразования переменного тока в постоянный.

В лампах–триодах на пути следования потока электронов от катода к аноду стоит еще дополнительный электрод–сетка. Подавая на него электрическое напряжение определенной величины.и знака, можно регулировать величину потока электронов – увеличивать или ослаблять его. Обычно такие лампы используют в качестве усилителей. Слабый сигнал, подаваемый на сетку, управляет куда более сильным потоком электронов на выходе с анода.

Хотя сам эффект прохождения электрического тока через вакуум от катода к аноду был открыт Томасом Эдисоном еще в 1883 году, первая электронная лампа – вакуумный диод – была построена Флеммингом лишь в 1904 году. Вскоре Ли де Форрест, как уже говорилось, изобрел вакуумный триод – лампу с тремя электродами, затем появилась газонаполненная электронная лампа – тиратрон, вслед за ней пятиэлектродная вакуумная лампа – пентод и т. д.

До 30–х годов XX века электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни Вильямс построил для нужд экспериментальной физики тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп.

Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер же, изобретенный в 1918. году М. А. Бонч–Бруевичем и – год спустя независимо от него – американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом, содержит две лампы, соединенные между собой таким образом, что в каждый момент ток проходит лишь через одну из них. То есть, говоря проще, триггер представляет собой электронный аналог механического реле. А стало быть, может быть использован подобно тому, как работали реле в релейных машинах.

В середине 30–х годов Моучли удалось построить несколько удачных моделей простых электронных счетчиков на газонаполненных лампах. Подобные же устройства создали Кроуфорд в США, Ямашита в Японии, Шрейдер в Германии. Все это говорило о целесообразности разработки «электронного вычислителя».

В 1941 году доктор Моучли переходит на преподавательскую работу в Пенсильванский университет, где уже был накоплен опыт использования электронных ламп в вычислительных машинах. Правда, это были машины другого типа – аналоговые. Так, под руководством известного инженера Ванневара Буша здесь была создана крупнейшая в мире специализированная аналоговая машина для решения дифференциальных уравнений.

Она затем была использована для составления и корректирования таблиц стрельбы и бомбометания. Но во время испытаний ряд специалистов обратил внимание на малую скорость и невысокую надежность устройства. И тогда Моучли предложил заменить его электронной цифровой вычислительной машиной.

Однако докладная записка, поданная Моучли в августе 1942 года своему начальству, осталась без ответа. Лишь через год на нее обратил внимание Герман Гольдстайп, бывший доцент математики Мичиганского университета, а в годы войны – офицер связи. Он попросил обновить и дополнить ее. Что и было сделано по просьбе Моучли его бывшим аспирантом Д. Преспером Эккертом.

В июне 1943 года новый вариант докладной записки Моучли–Эккерта был рассмотрен в Вашингтоне. И вскоре артиллерийское управление США заключило договор с Пенсильванским университетом на постройку «электронной машины для расчета баллистических таблиц». Руководителем работ был назначен Моучли, главным инженером – Эккерт, а техническим куратором от министерства обороны – капитан Герман Гольдстайн.

Команда из 10 инженеров, 200 техников и нескольких тысяч рабочих–монтажников в течение двух с половиной лет трудилась над созданием «Электронного цифрового интегратора и вычислителя» (Electronics Numerical Integrator and Computer, сокращенно «ЭНИАК»).

«ЭНИАК»

Это было огромное сооружение, состоящее из 40 панелей, содержащих 18.000 электронных ламп и 1500 реле. Машина потребляла около 150 кВт электроэнергии – мощность, достаточная для работы небольшого завода.

Тем не менее использование электронных ламп вместо механических и электромеханических элементов позволило резко увеличить скорость выполнения машинных операций. «ЭНИАК» тратил на умножение всего 0,0028 секунды, а на сложение и того меньше – 0,0002 секунды. Основными схемами машины были так называемые ячейки «И», действовавшие как переключатели, ячейки «ИЛИ», предназначенные для объединения на одном выходе импульсов, идущих от разных источников, и, наконец, триггеры (так называются устройства, способные по команде занимать одно из двух положений – «О» и «1», «включено» или «выключено».)

В «ЭИИАКе» 10 триггеров соединялись в кольцо, образуя десятичный счетчик, который выполнял роль счетного колеса механической машины. 10 таких колец плюс 2 триггера для представления знака числа образуют запоминающий регистр. Всего в «ЭНИАКе» было 20 таких регистров. Каждый регистр мог быть использован также для выполнения операций суммирования и вычитания. Другие арифметические операции выполнялись в специализированных блоках. Помимо памяти, на триггерных ячейках в машине имелся блок механических переключателей, на котором вручную могло быть установлено до 300 чисел.

Работой отдельных блоков машины управлял задающий генератор, который определял последовательность тактовых или синхронизирующих импульсов, эти импульсы «открывали» и «закрывали» соответствующие электронные блоки машины.

От «ЭНИАКа» до «МАДАМ»

Работа над «ЭНИАКом» проходила в обстановке чрезвычайной секретности. Не удивительно поэтому, что выдающийся американский математик Джон фон Нейман узнал о ней совершенно случайно. Будучи, консультантом крупнейшей в США Абердинской баллистической лаборатории, он летом 1944 года встретил на железнодорожной станции Абердина своего старого знакомого Германа Гольдстайна. В разговоре тот упомянул о работах Моучли–Эккерта. Заинтригованный Нейман захотел присоединиться к ним...

Тут надо, наверное, сказать, что авторитет Джона фон Неймана в среде ученых был очень высок. Кое–кто из посвященных знал, что Нейман частенько бывал в Лос–Аламосе, где создавалась атомная бомба, непосредственно участвовал во многих проектах, много консультировал. Причем его феноменальные математические способности иной раз вызывали шок у окружающих.