В известном голливудском фильме «Игры разума» была такая любопытная сцена: принстонскому профессору коллеги преподносили ручки как дань уважения его таланту. Не суть важно, есть ли хотя бы капля реальности в этой красивой метафоре, или она, как и многие другие красивые вещи, была выдумана на конвейере фабрики грез. Обыкновенная ручка (а точнее — нежелание производить с её помощью тонны математических расчетов) и послужила вдохновительницей первых ЭВМ. О двух из них мы сегодня и расскажем.
Вместо предисловия
Достаточно много статей было написано о первых компьютерах. Кто-то рассматривал их вскользь, как нечто само собой разумеющееся. Кто-то вдавался в детали, описывал их внутреннее устройство, разбирал исторические предпосылки к их созданию и роль в мировом техническом прогрессе.
Безусловно, все эти аспекты истории ЭВМ крайне важны и полезны. Они помогают нам понять, почему мир, в котором мы живем сегодня, работает так, как работает.
Тем не менее, это не отменяет некоторой скучности и дидактичности подобных материалов. Они оставляют читателя один на один с цифрами и фактами и не дают объемного представления о компьютере.
В рамках небольшого эксперимента мы хотели бы рассказать вам о двух «первых» компьютерах: машине Эйкена, созданной им в 1940-х совместно с IBM, и проекте Whirlwind, который нечасто упоминается в подобных статьях, несмотря на свою примечательную судьбу.
Нам хотелось бы в первую очередь показать эти компьютеры «лицом»: разыскать интересные архивные документы, привести фотографии и видеозаписи. Подробная же история Mark I и Whirlwind уже была неоднократно рассказана до нас.
Первый «компьютер» Говарда Эйкена
Знакомьтесь, этого человека зовут Говард Эйкен. Принято считать, что именно ему мы обязаны появлением первого в мире устройства, которое с некоторой натяжкой можно назвать программируемым компьютером. Предложенный им проект должен был заменять человека при решении дифференциальных уравнений, имеющих только численные решения. Идея создания подобного устройства появилась у Эйкена в середине-конце 1930-х во время работы над докторской диссертацией в Гарварде. После череды весьма удачных попыток собрать простые вычислители, пригодные для решения узкого круга задач, он задумался над чем-то более полным и интересным. По его собственному признанию, будущая машина была вдохновлена работами Чарльза Бэббиджа.
Боюсь, живи Бэббидж на 75 лет позже, я остался бы без работы
Говард Эйкен
Счетный механизм Бэббиджа, фотография из руководства по эксплуатации ASCC (Mark I) 1946 года. Полную версию руководства можно изучить здесь.
Сделав подробное описание концепции будущей вычислительной машины и заручившись финансовой поддержкой ВМФ США (Эйкен был капитаном второго ранга), он принялся обивать пороги компаний, которые помогли бы ему претворить проект в жизнь: снабдить технической экспертизой и обеспечить достаточную элементную базу. Но не всё было гладко. В машину Эйкена никто не хотел верить. Кто-то отказывал из-за чрезмерной сложности проекта, кто-то — из-за отсутствия рыночных перспектив.
Приведем ниже отрывок из устного интервью c Робертом Кэмпбеллом, одним из коллег Эйкена по работе в IBM, а также его сокращенный перевод.
CAMPBELL: 1937 (год, когда Эйкен предложил идею создания ASCC. — прим. переводчика). It described functionally a machine which had a rather complete repertoire of characteristics, but said almost nothing about how it might be constructed or what components would be used. What circuitry techniques or what other mechanical techniques as far as that's concerned. It did, however, talk about tape programming I think.
/В 1937 году Эйкен достаточно подробно описал функциональную часть машины, однако ни словом не обмолвился о том, как и из чего она должна быть сделана. Какие схемотехнические или механические технологии будут применены. Я думаю, тем не менее, там говорилось о программировании с помощью лент./
ASPRAY: What did that mean? /Что всё это означало?/
CAMPBELL: Well, a sequence control device from instructions somehow encoded in the punch paper (in a tape, not necessarily punched paper). But other than that there was very little dealing with specific components or specific design techniques. So having developed this concept Aiken tried to find a way of implementing it. He didn't have the resources himself. He was an instructor at Harvard at that point finishing up his doctorate degree. He first went to a number of business machine companies. It was at Monroe that he talked to George Chase, chief engineer. Chase was quite interested in the concept and would like to have tried implementing it using necessarily mechanical techniques, but the top management at Monroe was not interested.
/Устройство управления последовательностью из инструкций, как-либо закодированных на перфорированной бумаге. Но, помимо этого, было очень мало сказано о конкретных компонентах или конкретных методах проектирования. Разработав эту концепцию, Эйкен попытался найти способ ее реализации. У него не было собственных ресурсов. Сначала он посетил ряд компаний, занимавшихся машиностроением. В Монро он говорил с Джорджем Чейзом, главным инженером. Чейз был весьма заинтересован в его концепции и хотел бы попытаться реализовать ее, используя преимущественно механические методы, но топ-менеджмент в Монро проект не впечатлил./
ASPRAY: They just didn't see a market for it, or what? /Они не нашли для него места на рынке, или что?/
CAMPBELL: Either they didn't want to spend the money for it or they didn't see a market for it either. He went to other business machine companies. I don't know how many. But he was unable to get any interest. Then through Professor Theodore Brown at the Business School and Harlow Shapley in the Astronomy Department he secured a introduction to Bryce — James Bryce of IBM, who was a senior executive in New York with a long history of engineering inventions. He became interested in Aiken's ideas; and through Bryce it was arranged for Aiken to talk to Watson. <…> In any case, Watson became quite interested in Aiken's idea.
/Либо они не хотели тратить деньги на это, либо не видели рынка. Тогда он пошел в другие компании. Я не знаю, сколько именно [компаний посетил Эйкен]. Но ему никого не удалось заинтересовать. Затем через профессора Теодора Брауна в Business School и Харлоу Шепли на факультете астрономии он познакомился с Джеймсом Брайсом из IBM, старшим руководителем в Нью-Йорке. Он заинтересовался идеями Эйкена; и через Брайса Эйкен договорился о беседе с Уотсоном. <…> В любом случае, Уотсону очень понравились идеи Эйкена./
Дальнейшее развитие событий уже более-менее известно большинству читателей: Уотсон, президент IBM, оказался дальновидным человеком с богатым воображением и горячо поддержал идею Эйкена. Можно сказать, что Эйкен вытянул счастливый билет, начав сотрудничество с IBM: в те годы мало компаний имели доступ к столь богатому выбору технических компонентов. По собственным словам Эйкена, если бы в IBM ему отказали, пришлось бы идти в RCA или Bell Laboratories, и его машина могла стать полностью электронной, а не электронно-механической. Или вообще не появиться на свет. Подводя итог, стоит еще раз отметить: Эйкен пришел к Уотсону с проектом, содержащим лишь описание требований к функционалу машины. Вся техническая реализация принадлежит IBM и в некоторой степени самому Эйкену и его коллегам. В IBM проект получил имя ASCC — Automatic Sequence Controlled Calculator. Томас Уотсон чрезвычайно гордился тем, что первая подобная машина будет выпущена именно в его компании, но по завершении проекта его радость была омрачена.
Во время торжественной передачи готовой оттестированной машины Гарварду Эйкен не упомянул в своей речи заслуги IBM в его создании. Томас Уотсон пришел в ярость и разорвал дальнейшее сотрудничество с Эйкеном. Название ”ASCC” было заменено на военизированное Mark I, и пути Эйкена и IBM разошлись.
Сделаем еще одну ремарку относительно личности Эйкена. По свидетельству того же Кэмпбелла, Эйкен относился к разряду инженеров-математиков. Его реальный интерес к вычислительным машинам лежал сугубо в практической плоскости. Вычисления стояли на первом месте, а машины оставались лишь удобным вспомогательным инструментом. Он не создавал компьютер ради компьютера. Тем не менее, когда в 1944 году монстр за $200 000 (по другим данным, за $500 000) был, наконец, достроен и доставлен в Гарвард, Эйкен с энтузиазмом, ничуть не меньшим, чем при разработке, приступил к его использованию.
Вот краткое описание получившейся машины.
- Более 765 тысяч компонентов.
- Порядка 17 метров в длину.
- 2,5 метра в высоту.
- Вес: 4,5 тонны.
- Синхронизация модулей при помощи 15-тиметрового вала с электрическим двигателем.
- По настоянию Томаса Уотсона, машина была заключена в «шкаф» из стекла и нержавеющей стали.
- Машина могла заменить до 20 человек с ручными устройствами для произведения вычислений.
- Машина была программируемой и не требовала вмешательства человека во время работы.
- Несмотря на всё вышеперечисленное, машина была чрезвычайно медлительна даже для своего времени.
Небольшой рассказ о Mark I и демонстрация внешнего вида машины в наши дни
Характеристики Mark I из справочника МО США
Принято говорить, что Mark I за 15 лет своей работы толком не использовался в каких бы то ни было серьезных вычислениях. Остановимся на этом моменте чуть подробнее.
Говард Эйкен был назначен руководителем гарвардской вычислительной лаборатории, которая, в свою очередь, находилась в распоряжении бюро судоходства США. Разумеется, любое техническое преимущество во время Второй мировой войны могло являться решающим, и бюро судоходства крайне положительно отнеслось к появлению вычислительной машины. Тем не менее, ввиду специфики работы бюро, заказов на расчеты при помощи Mark I было достаточно немного. Куда больше вычислений производилось для исследовательской лаборатории бюро боеприпасов. Работа на машине происходила в три смены, а в «свободное» время использовалась для вычисления таблиц Бесселя, в чем Эйкен и видел её основное предназначение.
Фрагмент предисловия из руководства по эксплуатации ASCC (Mark I) 1946 года
Следующий проект вычислительной машины, Mark II, был разработан в конце 1944 года Эйкеном и Кэмпбеллом. Планировалось создать еще один электромеханический калькулятор, на сей раз для нужд военно-морского полигона Дальгрен. За ним последовали еще две подобные машины, Mark III и Mark IV соответственно. Последний компьютер Эйкена уже не содержал механических компонентов и использовал память на магнитных сердечниках.
На сегодняшний день Mark I все еще работоспособен. В 2014 году он был обслужен и запущен.
Любительская видеозапись включения Mark I
То же, с другого ракурса
Официальное отключение «компьютера» состоялось в 1959 в связи с его полным моральным устареванием.
Проект Whirlwind I: первый компьютер с дисплеем
Пожалуй, проект Whirlwind — это один из самых интересных компьютеров из когда-либо созданных. Его краткая история такова: в начале 1940-х ВМС США требовался тренажер для пилотов, который не был бы привязан к определенной модели самолета и в любой момент мог быть перепрограммирован непосредственно перед сессией обучения. Разработка была поручена группе инженеров под руководством Джея Форрестера из MIT.
Загвоздка была в том, что ВМС требовался не просто компьютер, но система, реагирующая на действия оператора в реальном времени. В первый год разработок Форрестер сосредоточил силы команды на создании аналоговой машины, способной вычислять траекторию движения самолета, но это решение оказалось слишком сложным и недостаточно гибким для подобной задачи.
В 1945 году группа Форрестера приступила к изучению основ цифровой техники и проектированию нового компьютера с применением новых технологий.
Техническая сложность проекта (требовалось выполнение до 100 000 операций в секунду против обычных для того времени 1000-10 000), отсутствие подобного опыта у создателей (только-только начал работу первый полностью электронный компьютер ENIAC, любимец девушек, соответственно, новую машину пришлось разрабатывать с нуля) и масса других факторов растянули проект во времени. Еще на самых ранних этапах руководители группы приняли решение о необходимости разбиения разработки проекта на две очереди. На первом этапе планировалось построить упрощенную машину, Whirlwind I, чтобы затем, с учетом её ошибок и накоплением опыта, создать более совершенный, мощный и дорогой компьютер.
Первый детальный проект компьютера был готов к 1947 году, уже после войны, а окончание тестирования всех критичных узлов планировалось на 1949 год. Однако история внесла в этот план свои коррективы.
Дороговизна в разработке Mark I частично была скомпенсирована его военным применением. Но по окончании второй мировой войны правительство США резко сократила все военные бюджеты, а еще не достроенный компьютер потерял свою главную цель: ВВС уже не требовалось столь интенсивно обучать пилотов, для этого хватало и «консервативных» методов, которые, к тому же, и стоили существенно дешевле. По средним подсчетам, разработка Whirlwind ввиду привлечения значительного числа как человеческих, так и технических ресурсов, стоила США порядка $1,8 млн в год (что в пересчете на современные деньги дает ни много ни мало — около 18 миллионов долларов).
План этажа, занимаемого Whirlwind
Еще одним камнем в сторону экономической нецелесообразности проекта Whirlwind был, как ни странно, параллельно разрабатывавшийся компьютер EDVAC, затраты на который оказались существенно ниже.
Вполне закономерно, что проект летного тренажера был свернут и переформирован в сугубо «вычислительный». Шефство над Whirlwind в 1948 году перешло от ВМС к ВМФ США, которые в целом поддерживали разработки, но выступали за существенное удешевление и упрощение компьютера.
Форрестер и Эверетт, руководители группы разработки, обратились в поиски нового заказчика для их проекта. Им выступили ВВС США, которым в рамках построения системы ПВО требовалась машина, способная сводить данные от множества радаров в единую карту. К 1949-50 году большая часть финансов поступала в проект именно из этого ведомства.
Демонстрация Whirlwind для телевидения. See It now, 1951
Whirlwind I был сдан в эксплуатацию ранней весной 1951 года. Как и предполагалось, основная масса машинного времени была отдана нуждам ВВС США. Подробнее о применении Whirlwind в военных целях вы можете прочитать здесь. Ниже приведем скан спецификации проекта на страницах документа 1953 года.
Whirlwind I оказался к тому же первым компьютером, получившим графический дисплей и световой пистолет в качестве органа управления:
Любительская видеозапись, сделанная в музее Смитсоновского института, где экспонируется один из фрагментов Whirlwind.
Сразу по завершении строительства компьютер был введен в эксплуатацию. С его помощью ВВС США тестировали новую систему ПВО, “Систему Мыса Код” (Cape Cod System). Проект курировался специально созданной Lincoln Laboratory.
В задачи компьютера входило решение задач по сопровождению целей для истребителей. Специальный графический дисплей, о котором мы писали чуть выше, был создан специально для удобства операторов: система позволяла “указать” световым пистолетом на нужную цель. Еще один дисплей, дополнительный, использовался для создания копий экрана — на него была наведена фотокамера. К 1953 году “Система Мыса Код” справлялась с сопровождением 48 целей с помощью 14 радаров.
Помимо сугубо милитаристских задач компьютер также использовался учеными для вычислений. Основные запросы поступали в лабораторию от ONR и МТИ. По некоторым данным в год компьютер решал до 200 подобных задач.
Разработка проекта Whirlwind не завершилась на создании первой модели. Вторая версия компьютера, Whirlwind II, к 1959 году многократно превзошла своего предшественника и дальнейшее использование Whirlwind I было признано экономически нецелесообразным. Первое выключение компьютера состоялось в июне 1959 года. Однако долго компьютер без дела не стоял и вскоре был передан в аренду компании Wolf Research and Development Company, основанную бывшим участником проекта Whirlwind. Еще около 5 лет компьютер проработал в офисе компании, решая её задачи.
Полное отключение компьютера состоялось в 1964 году. Whirlwind I был разобран на части, а один из его фрагментов передан в музей компьютерной истории (видео выше).
Подведем небольшой итог в цифрах:
- вес компьютера: 9,1 тонн;
- затраты на проект: $1 млн в год;
- приблизительное время активности: 14 лет с перерывами;
- на Whirlwind I появился первый в мире графический интерфейс взаимодействия с оператором.
Мы надеемся, что наша обзорная статья показалась вам интересной. В любом случае, смотреть на динозавров вычислительной техники, держа в руках мобильный телефон или сидя перед персональным компьютерам, весьма забавно и необычно.
В заключение предлагаем вам несколько тематических ссылок:
- Bitsavers — колоссальный архив компьютерных документов
- Всем, кого проект Whirlwind не оставил равнодушным, рекомендуем посмотреть выступление Джея Форрестера в 1980 году. Он делится со зрителями подробностями о разработке компьютера, рассказывает о сложностях в реализации проекта и, кстати, прекрасно шутит.
- Статья “The many carriers of Jay Forrester”
- Подробное описание Whirlwind
- Виртуальный тур по музею вычислительной техники Великобритании
Автор: it_man
