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

Атанасов продолжил обучение и получил докторскую степень по физике в Университете штата Висконсин, где проделал такой же путь, как и другие первопроходцы компьютерных технологий, начиная с Бэббиджа. Его работа про гелий, поляризующийся в электрическом поле, предполагала утомительные расчеты. Когда он продирался через математические дебри, имея под рукой лишь настольный арифмометр, он стал мечтать о калькуляторе, который мог бы делать больше операций. После возвращения в университет Айовы в 1930 году на должность доцента он решил, что его степеней по электротехнике, математике и физике достаточно для создания такого калькулятора.

Это явилось следствием его решения не оставаться в Висконсине и не поступать в Гарвард или другие крупные университеты, где велись исследования. В Айове, где никто, кроме него, не работал над созданием новых вычислительных машин, Атанасов был предоставлен сам себе. Здесь он мог обдумывать новые идеи, но рядом не было людей, с которыми он мог бы обсудить их, или коллег, которые могли бы помочь ему преодолеть теоретические или технические проблемы. В отличие от большинства инноваторов цифровой эры, он был одиноким изобретателем, черпающим свое вдохновение во время одиноких поездок на автомобиле и в дискуссиях с единственным помощником-аспирантом. Как оказалось, это была неправильная стратегия.

Атанасов собирался построить аналоговое устройство; его любовь к логарифмическим линейкам привела его к попыткам сконструировать огромные устройства, подобные ей и использующие длинные полоски пленки. Но он понял: чтобы решать линейные алгебраические уравнения с достаточной точностью, длина пленки должна составлять сотни метров. Он также построил хитроумное устройство, которое могло находить решение дифференциального уравнения в частных производных путем придания соответствующей формы блоку из парафина. Ограничения, присущие этим аналоговым устройствам, привели его к решению сосредоточиться на создании цифровой версии.

Первая задача, которую он решал, состояла в том, как сохранить числа в машине. Для описания этой функции машины он использовал термин “память”: “В то время я имел только поверхностные представления о работе Бэббиджа и поэтому не знал, что он назвал то же самое понятие «запоминающим устройством»… Мне нравится его название, и если бы я знал о нем, я, возможно, использовал бы его. Мне нравится и термин «память» за его аналогию с функцией мозга” 29.

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 проблему 32.