Инноваторы. Как несколько гениев, хакеров и гиков совершили цифровую революцию

Атанасов перебрал разные виды возможных устройств памяти: механические штырьки, электромагнитные реле, небольшой кусочек магнитного материала, который мог быть намагничен электрическим зарядом, электронные лампы и электрическим конденсатор. Самыми быстрыми были электронные лампы, но они были дороги. Тогда он решил вместо них использовать конденсаторы — небольшие и недорого стоящие компоненты, которые могут сохранять, по крайней мере на короткое время, электрический заряд. Это решение было понятно, но оно означало, что машина будет медлительной и громоздкой. Даже если сложение и вычитание могло происходить с электронными скоростями, процесс переноса числа в блок памяти и из него замедлял скорость счета, поскольку она определялась скоростью вращающегося барабана.

Вверху слева: Джордж Стибиц (1904–1995), ок. 1945 г.

Вверху справа: Конрад Цузе (1910–1995) со своим компьютером Z4, 1944 г.

Слева: Джон Атанасов (1903–1995) в Университете штата Айова, 1940 г.

Реконструкция компьютера Атанасова

Определившись с блоком памяти, Атанасов сосредоточился на том, как построить арифметический и логический блок, который он назвал “вычислительным механизмом”. Он решил, что он должен быть полностью электронным, что означало применение электронных ламп, хотя они и были дорогими. Лампы должны были выполнять функцию двухпозиционных переключателей с функциями “включить/выключить”, то есть служить логическими вентилями в схемах, которые могут складывать, вычитать, а также выполнять любые команды булевой алгебры.

В связи с этим возник теоретический вопрос из тех, что он любил с детства в математике: должна ли его цифровая машина использовать десятичную, двоичную или какую-либо другую систему счисления? Истинный любитель повозиться с разными системами счисления, Атанасов изучил много вариантов. “На короткое время система счисления с основанием сто показалась мне многообещающей, — писал он в неопубликованной работе. — Этот же расчет показал, что основание, которое теоретически дает высокую скорость расчета, это число е”³⁰. Но поиски компромисса между теорией и практикой привели его в конце концов к выбору двойки в качестве основания, то есть к двоичной системе счисления. В конце 1937 года эти и другие идеи крутились в его голове, это была “сборная солянка” из мыслей, которые никак друг с другом не “склеивались”.

Атанасов любил автомобили; он старался по возможности покупать каждый год по новому и в декабре 1937 года купил новый “форд” с мощным двигателем V8. Чтобы проветриться, он отправился на прогулку, и эта поездка стала важной вехой в истории вычислительной техники. Вот его воспоминания об этом вечере:

“Однажды зимним вечером 1937 года я почувствовал, что совершенно измучен невозможностью найти решение проблем, связанных с конструкцией машины. Я сел в автомобиль, разогнался и ехал так долгое время, пока не стал контролировать свои эмоции. Это было моей привычкой — у меня получалось восстанавливать контроль над собой после того, как проедусь по дороге, сосредоточившись на управлении автомобилем. Но в ту ночь я был слишком измучен и продолжал мчаться, пока не пересек реку Миссисипи и не оказался в штате Иллинойс в 300 километрах от того места, где я сел в машину”³¹.

Он съехал со скоростного шоссе и завернул в придорожную забегаловку. В штате Иллинойс, в отличие от Айовы, можно было по крайней мере купить спиртного, и он заказал себе порцию бурбона с содовой, потом еще одну. “Я почувствовал, что уже не так нервничаю, и мои мысли снова обратились к вычислительным машинам, — вспоминал он. — Я не знаю, почему моя голова тогда заработала и почему она не работала раньше, но там было симпатично, прохладно и тихо”. Официантка не обращала на него внимания, и Атанасов смог спокойно обдумать свою проблему³².

Он набросал свои идеи на бумажной салфетке, а затем начал перебирать какие-то практические вопросы. Главное — было непонятно, как пополнить заряд в конденсаторах, которые разряжались через пару минут. Он придумал поместить их на вращающиеся цилиндрические барабаны, сделанные из банок сока V8 (емкостью примерно 1,5 литра), чтобы они каждую секунду вступали в контакт с щетками, сделанными из кабелей, и их заряды восстанавливались. “В тот вечер я представил в голове возможную конструкцию регенеративной памяти, — вспоминал он. — В тот момент я называл ее «дискретной»”. С каждым поворотом вращающегося цилиндра щетки должны “встряхивать” память, состоящую из конденсаторов, а также при необходимости снимать старые данные с конденсаторов и вводить новые. Он также придумал схему, которая позволяла считывать числа с двух разных цилиндров с конденсаторами, а затем использовать схему на электронных лампах, чтобы их складывать и вычитать, после чего результат отправлять в блок памяти. Как он вспоминал, после нескольких часов обдумывания всех этих проблем он “сел в машину и поехал домой, уже не так быстро”³³.