Сергей Шумский - Воспитание машин. Новая история разума

Первой задачей, созревшей для автоматизации, стали математические вычисления. Собственно, эта волна автоматизации началась еще в XVII веке с механических арифмометров Шиккарда, Паскаля и Лейбница. Алгоритмы арифметического счета были известны издавна, и их автоматизация просто ждала своего часа.

Вычисления играли особенно большую роль в мореплавании для определения координат судов. С развитием мировой торговли после выхода в XV веке из Средиземного моря на просторы Мирового океана, в том числе в неизвестное доселе Южное полушарие, эта задача встала особенно остро. Отсюда и интерес к астрономическим наблюдениям, практическая польза которых состояла в составлении таблиц эфемерид – положений небесных тел на небе в определенные моменты времени, чтобы можно было ориентироваться не только по звездам, но и по планетам. Эта практическая потребность вызвала к жизни и революцию Коперника, и механику Ньютона.

Определение долготы требовало точного измерения времени, и часовая индустрия стимулировала развитие точной механики. В арифмометрах же применяли ту же «арифметическую логику», что и в часах, используя шестерни с десятью зубцами, полный оборот которых переводил шестерню следующего разряда на один зубец. Первый арифмометр Шиккарда так и называли: «Считающие часы».

Апофеозом механических калькуляторов стала героическая попытка создания в XIX веке универсальной вычислительной машины английским изобретателем Чарльзом Бэббиджем. Описанием его аналитической машины , в частности способов ее программирования, занималась дочь лорда Байрона леди Ада Лавлейс, которую можно считать первым программистом в истории. Проект Бэббиджа был задуман как вычислительный комплекс со своим печатным устройством и предназначался для вычисления и печати навигационных таблиц. Проект финансировался британским адмиралтейством, но так и не был закончен по множеству объективных и субъективных причин. По-видимому, он просто обогнал свое время.

Немногим позже, в конце XIX века, русский математик П. Л. Чебышев создал практичный механический арифмометр, самостоятельно выполняющий все арифметические операции после установки задания. Требовалось только вращать механическую ручку, которая позднее была заменена электромотором.

Такие электрические арифмометры широко применялись в первой половине XX века вплоть до появления электронных вычислительных машин. В частности, оба атомных проекта, американский и советский, были первоначально просчитаны на таких электрических арифмометрах. А для расчета «изделий» требовалось очень много вычислений – численное решение сложных дифференциальных уравнений. По воспоминаниям очевидцев, вычислительные центры в то время представляли собой длинные ряды вычислителей ( computers ) – вооруженных арифмометрами женщин, вычисляющих каждая свою операцию и передающих результат следующему звену этого математического конвейера. Поскольку числа набирались на арифмометрах вручную, во избежание ошибок вычисления дублировались на двух параллельных конвейерах, и ответ принимался только в случае совпадения их результатов [53].

Вычисления стали узким местом при разработке сложной военной техники во времена Второй мировой войны. Например, в штате Лаборатории баллистических исследований в Пенсильвании было несколько сотен женщин-вычислителей, и все равно она не справлялась с потоком вычислений для создания баллистических артиллерийских таблиц, которые требовались после высадки союзных войск в Африке в 1943 году. Именно по заказу этой лаборатории и была создана первая в мире электронно-вычислительная машина – ЭНИАК (ENIAC – аббревиатура от Electronic Numerical Integrator and Computer – электронный цифровой интегратор и вычислитель).

Заказанный в 1943 году, ЭНИАК был запущен лишь осенью 1945 года, уже после окончания Второй мировой войны. Однако, поскольку в то время в США разворачивались работы по созданию термоядерного оружия, он успешно эксплуатировался военными до 1955 года [54] В СССР первые ЭВМ появились в 1953 году, с отставанием в 8 лет, и все расчеты термоядерной бомбы выполнялись вручную девушками-вычислителями. К 1967 году с появлением отечественных БЭСМ-6 это отставание было практически ликвидировано, но из-за выбранной советским руководством стратегии копирования американской вычислительной техники с середины 1970-х годов технологическое отставание электронной промышленности СССР начало катастрофически нарастать, и сегодня Россия занимает лишь 0,3 % мирового рынка электроники – на порядок ниже доли России в мировом ВВП. .

ЭНИАК весил 30 т, содержал 17 500 электронных ламп и потреблял свыше 170 кВт, или 230 л. с. И этот «табун лошадей» мог за секунду сложить 5000 или перемножить 360 чисел. Иными словами, каждая «лошадь» перемножала действительные числа со скоростью 1,5 FLOPS, затрачивая на каждое перемножение столько же энергии, сколько требуется для подъема 50 кг на 1 м. Но по сравнению с механическими арифмометрами ЭНИАК за секунду производил больше вычислений, чем те – за час, то есть являлся первым суперкомпьютером.

Успех ЭНИАКа, доказавшего работоспособность концепции ЭВМ, дал старт многим последующим проектам с более совершенной архитектурой фон Неймана – с использованием двоичной арифметики, активного процессора и программ, хранимых в памяти наряду с данными. Первые суперкомпьютеры создавались каждый в единственном экземпляре и применялись в национальных научных центрах или ведомствах, как правило, в интересах военных. Таким образом, компьютеры освоили первый, самый крупный государственный сектор, где деньги во времена холодной войны и гонки вооружений особо не считали.

Опыт, накопленный в этом секторе, вскоре нашел применение и в частном бизнесе. С 1950-х годов наступила эра серийных коммерческих компьютеров, и в этой области безоговорочно лидировала компания IBM.

IBM к тому времени имела уже солидную полувековую историю на рынке механической обработки информации и, самое главное, обширную клиентскую базу в государственном и корпоративном секторах. В числе основателей компании был Герман Холлерит, изобретатель первого электромеханического табулятора – системы программной обработки баз данных с помощью перфокарт (1890). Табуляторы на порядки ускоряли статистическую обработку данных, в частности при переписи населения. Под этот заказ правительства США и был построен первый табулятор, после чего Холлерит открыл свою фирму, которая оказалась очень успешной и к 1924 году в результате нескольких слияний превратилась в IBM.