Архитекторы компьютерного мира

 

 
 
Джон Атанасов и Клиффорд Берри.
Изобретатели электронного цифрового компьютера

Кто изобрел электронный цифровой компьютер? До начала 70-х годов легко было ответить на этот вопрос — это Джон Маучли и Джон П. Эккерт, которые в 1943—1946 годах создали ENIAC, действующий электронный цифровой компьютер. Но после октября 1973 года по решению суда изобретателем электронного компьютера назвали Джона В. Атанасова. По иронии судьбы Атанасов, физик из Айовы, который придумал в конце 30-х годов компьютер, был более известен в Европе, чем в Америке.

Американские ученые и инженеры, создававшие в 40—50-х годах электронные компьютеры, мало что знали о нем. И тем не менее в начале 70-х годов Атанасов выиграл юридическое право называться изобретателем электронного компьютера. Маучли и Эккерт заявили, что суд был несправедливым, что компьютер Атанасова никогда не работал и что они являются изобретателями электронного компьютера. Большинство ученых в настоящее время считают, что вопрос о приоритете до сих пор не решен и, в конечном счете, мало интересен. Что можно сказать с уверенностью, так это то, что Атанасов, Берри, Маучли и Эккерт внесли существенный вклад в развитие электронного компьютера.

Математика была центром интересов Джона Винсента Атанасова с детства. Родился он в Гамильтоне, штат Нью-Йорк, 4 октября 1903 года. Его отец, болгарcкий эмигрант, был инженером-электриком, а мать-американка была учителем и занималась алгеброй до девяноста лет. Когда Джон был ребенком, его семья переехала во Флориду после того, как отец получил там работу инженера. Джон был развит не по годам. С помощью своей матери он научился рано читать и любил все, что мог почерпнуть из книг.

В 1913 году, когда ему было 9 лет, Джон Атанасов начал свой путь в электрический мир. Его отец, который руководил электрической системой на фосфатном руднике, провел электрическую проводку в своем доме, сделав ее одним из первых в округе. Благодаря старшему Атанасову Джон выучил основы электричества. В тот же год его отец купил Джону логарифмическую линейку, и Джон с февраля по август работал с логарифмами, пользуясь учебником Дж. М. Тейлора для колледжей, который достал из отцовской библиотеки.

В возрасте 10 лет он изучал физику и химию, а также продолжал заниматься математикой. Его мать дала ему книгу, в которой объяснялось, как производить вычисления в других системах счисления, отличных о десятичной. Позже Атанасов вспоминал: “Когда я приступил к работе над компьютером, одна из вещей, которая крутилась в моем мозгу, была та, что может быть компьютеры будут работать лучше с другим основанием, чем десять”.

Во время обучения в школе Атанасов решил стать физиком-теоретиком, но, поступив в университет Флориды в 1921 году, выбрал профессию инженера-электрика. Он получил диплом инженера в 1925 году. В сентябре этого же года Атанасов уехал на север в колледж штата Айова, чтобы преподавать математику и руководить дипломными работами по физике и математике. Затем Атанасов переезжает в университет штата Висконсин, где в мае 1930 года защищает докторскую диссертацию. По возвращении в Государственный колледж штата Айова он работает ассистентом профессора по математике и физике.

В середине 30-х годов Атанасов задумывается над проблемой автоматизации решения больших систем линейных алгебраических уравнений. Аналоговые методы решения с помощью дифференциального анализатора Ванневара— Буша его не удовлетворяли из-за недостаточной точности, а устройства, реализующие цифровой подход, не существовали. Он пытался модифицировать калькулятор фирмы IBM для решения систем уравнений, но из-за сложности работы вскоре отказался (надо сказать, что ему был известен проект аналитической машины Ч. Бэббиджа).

Идеи и принципы создания цифрового компьютера к нему пришли, как он вспоминает, зимним вечером 1937 года в придорожной таверне. В поздние годы он сформулировал суть этих принципов: в своей работе компьютер будет использовать электричество и достижения электроники:

— его работа будет основана на двоичной, а не десятичной системе счисления;
— основой запоминающего устройства будут служить конденсаторы;
— будут использованы логические электронные схемы.

Для реализации проекта ему нужен был талантливый изобретатель, очень хорошо знающий электронику. Атанасов обратился к декану инженерного факультета с просьбой порекомендовать ему выпускника электротехнического отделения, хорошо знающего электронику. Ни минуты не колеблясь, декан предложил ему Клиффорда Эдварда Берри, блестящего, трудолюбивого, многообещающего ученого, уже имеющего впечатляющий перечень наград и достижений.

Они встретились, и родилась команда Атанасов и Берри, а в ноябре 1939 года появились наброски компьютера Атанасова — Берри — ABC (Atanasoff— Berry Computer, как позже Атанасов настоял, чтобы его так называли). Проектирование и конструирование компьютера осуществлялось с конца 1939 года до середины 1942 года. Что же представлял собою компьютер ABC? Вот, что пишет об этом Клиффорд Берри Р. Ричардсу в письме, датированном 30 апреля 1963 года: “Машина была сконструирована с единственной целью, а именно — для решения больших систем линейных алгебраических уравнений (до 30×30).

В ней использована двоичная арифметика, длина слова составляла 50 бит. Основной метод решения (метод Гаусса) заключался в последовательном исключении коэффициентов из пар уравнений с тем, чтобы сократить первоначальную квадратную матрицу до треугольной. Так как внутренняя память компьютера одновременно сохраняла коэффициенты / двух уравнений, промежуточные результаты (т. е. единые уравнения, результирующие из линейной комбинации двух для сокращения на единицу количества переменных) хранились на специальных перфокартах, каждая из которых содержала тридцать 50-разрядных двоичных чисел.

Эти перфокарты затем снова считывались машиной на последующем этапе процедуры. Перфокарта перфорировалась или считывалась в течение одной секунды, но вставлять ее надо было вручную.

Максимальное время, которое требовалось в худшем случае машине для исключения переменной между двумя уравнениями, составляло около 90 секунд, а в среднем гораздо меньше.

В машину входило два запоминающих устройства — по одному для коэффициентов каждой из пар скомбинированных уравнений. Эти запоминающие устройства состояли из вращающихся барабанов, с прикрепленными маленькими конденсаторами, каждый из этих конденсаторов был подключен к небольшому латунному контакту на поверхности барабана.

Пять шестых периферийной поверхности барабана было занято этими контактами (30 рядов по 50 контактов в каждом), а шестая часть оставалась пустой, предоставляя время для других операций. Барабаны приводились в движение редукторным синхронным двигателем, обеспечивающим скорость 1 об./мин. Таким образом, скорость прохождения контактов мимо считывающей щетки составляла 60 в секунду.

Полярность заряда на конденсаторе указывала “единицу” или “ноль”, и каждый конденсатор сразу же после считывания перезаряжался, чтобы заряд никогда не оставался на нем более одной секунды. Все слова обрабатывались параллельно, но внутри каждого слова цифры обрабатывались последовательно. Интересно отметить, что прежде чем проектировать память на конденсаторах, мы серьезно рассматривали идею использования магнитных барабанов, но отказались от нее из-за низкого уровня сигналов.

Имелось 30 идентичных арифметических устройств, которые по существу были двоичными сумматорами. Каждое состояло из серии электровакуумных ламп с прямой связью (семь сдвоенных триодов), соединенных между собой таким образом, что они выполняли двоичное сложение. Каждое уст-ройство имело три входа (два — для складываемых или вычитаемых чисел и один — для переноса с предыдущего места) и два выхода (один — для результата на том месте, а другой — для переноса на другое место).

Первоначальный ввод данных в машину осуществлялся с помощью карт ТЭЛ, которые считывались специальным устройством описанной конструкции. На каждой карте имелось пять 15-разрядных десятичных чисел, которые считывались в течение 15 секунд. Машина выполняла преобразование десятичных чисел в двоичные при помощи вращающегося барабана (в заднем левом углу машины), на котором находились контакты, представляющие двоичные эквиваленты 1,2 — 9,10,20 — 9×14. На выходе для обратного преобразования использовался тот же аппарат в обратном порядке и на механическом счетчике появлялся десятичный результат”.

И далее Клиффорд Берри пишет, что “единственным крупным узлом, не законченным к моменту прекращения работы в середине 1942 года, была схема считывания для двоичных карт. Основная вычислительная часть машины была закончена и работала более года, но от нее было мало толку без средств для хранения промежуточных результатов”.

Первая встреча Атанасова с Джоном Маучли, физиком из колледжа Урсину-са, в Пенсильвании, произошла в декабре 1940 году, когда Атанасов все еще работал над улучшением ABC. Оба этих человека посещали собрание Американской ассоциации прогресса науки на территории университета Пенсильвании. Маучли прочитал лекцию о возможности использования аналоговых компьютеров для решения проблем метеорологии, он обсуждал использование гармонического анализатора, который построил при изучении некоторых погодных явлений. Атанасов был в аудитории.

Подождав, пока все остальные поговорили с Маучли после лекции, Атанасов представился как некто, интересующийся компьютерами, особенно цифровым компьютером. Он потом рассказал Маучли о его незаконченной машине, компьютере, использующем электронные лампы, и о том, что, они, возможно, будут иметь большое влияние на цифровые компьютеры. Атанасов пригласил Маучли приехать в Айову посмотреть ABC.

Маучли принял приглашение 14 июня 1941 года. Он и его сын были в доме Атанасова, гостили в течении следующих 5 дней, в течение этого времени двое мужчин без конца говорили о компьютерах. Маучли рассматривал документацию, а Берри бегло показывал короткую демонстрацию ABC. Машина могла решать 29 .одновременных уравнений с 29 переменными.

Маучли попросил один экземпляр документации домой, но Атанасов отказал. Три месяца спустя, в сентябре 1941 года, Маучли написал Атанасову письмо, в котором спрашивал, возможно ли будет построить один “Атанасов калькулятор” в инженерной школе Мура при университете Пенсильвании. Отвечая 7 октября, Атанасов сообщал, что хочет, чтобы ABC оставалось секретным, по крайней мере, до тех пор, пока не будет подана заявка на патент.

Вторая мировая война заставила Атанасова отойти от конструирования компьютеров. В 1942 году он стал главой Отдела акустики при Военно-морской Артиллерийской лаборатории (NOL) в Вашингтоне, штат Колумбия, где следил за акустическим испытанием мин. Одна из частей ABC — арифметическая часть, была апробирована в 1942 году и дала Атанасову уверенность в том, что компьютерный проект в значительной степени был уже закончен. Но ABC никогда фактически не использовалась.

Джон Маучли, работая статистиком на полставки в том же самом Отделе, сообщил Атанасову в 1943 году, что он и Эккерт разработали новый подход вычислений, отличный от того, что предложил Атанасов. Атанасов попросил Маучли объяснить, что он сделал, но получил резкий ответ. “Я не могу. Тема секретная”. “Новый подход” был связан с ENIAC — первым полностью электронным цифровым компьютером, который в то время собирали при строгой секретности для военных целей в университете Пенсильвании.

В 1945 году Артиллерийское ведомство попросило Атанасова помочь в конструировании компьютера для Военно-морской Артиллерийской лаборатории, выделяя при этом большую финансовую поддержку. Атанасов заявил, что не может одновременно работать над компьютерным проектом и заканчивать работу в Отделе акустики NOL. Военно-морской флот, в конечном счете, отказался от его услуг.

Одной из причин послужил доклад, представленный консультантом проекта Джон фон Нейманом, который писал, что Атанасов был не компетентен, чтобы руководить проектом такого масштаба. Атанасов не вернулся к компьютерам и после окончания войны. “Я работал над компьютерами примерно около 12 лет и при очень трудных обстоятельствах. Я нуждался в изменении жизни”. Годы спустя он сожалел, что оставил свои усилия по созданию компьютера, но он это понял только тогда, когда стало очевидно, что его машина была поистине революционной. В начале 80-х годов он признался, что если бы понимал потенциальные возможности ABC, то продолжал бы работать над ней.

Атанасов оставался главой Отдела акустики NOL до 1949 года, а затем стал главным ученым армейских полевых сил в Форт-Монро в штате Вирджиния. В течение 1950—1951 годов он был директором программы взрывов при NOL. В 1952 году Атанасов основал фирму “Артиллерийская Инженерная корпорация” в городе Фредерик, штат Мериленд, а спустя 4 года продал ее Воздушной генеральной корпорации того же города. Он стал вице-президентом последней фирмы, а также менеджером ее Атлантического отдела до 1961 года.

В дальнейшем Атанасов работал консультантом по автоматизации в упаковочной фирме. Он организовал компанию с названием “Объединенная кибернетика” в том же городе Фредерик, которая давала советы полунаучного характера. У Атанасова было трое детей: сын — Джон-младший и дочери — Элси и Джоанна.

Решение Атанасова доказать, что он является изобретателем электронного цифрового компьютера, пришло к нему после одного “странного” визита. 15 июля 1954 года адвокат от патентного бюро фирмы IBM посетил Атанасова и сказал ему: “Если вы поможете нам, мы аннулируем патент Маучли — Эккерта на компьютер. Это было заимствовано у Вас”. Короткий разговор Маучли с Атанасовым в 1943 году, когда был уже создан проект ENIAC, адвокат представил в ином свете, и Атанасов уверился в своей правоте.

Фактически это было в интересах больших компьютерных фирм, не только аннулировать патент Маучли — Эккерта, но и раскрыть ABC Атанасова для того, чтобы обеспечить надежность патентного поля для своих компьютерных проектов. Смерть Клиффорда Берри в 1963 году убрала со сцены человека наиболее способного подтвердить требование Атанасова. Тем не менее Атанасов все более убеждался, что ENIAC была заимствована от его ABC и что стоит продолжать это дело. Более того, ему придавало силы признание его заслуг в других странах, в частности на родине его предков — Болгарии, которая в 1970 году наградила его орденом Кирилла и Мефодия I степени.

Дело дошло до суда. В 1971 году фирма Sperry Rand, которая приобрела патент Маучли — Эккерта на ENIAC, подала в суд на компанию Honeywell за неуплату налогов. Honeywell подала встречный иск, заявляя, что ENIAC был заимствован от ранее созданного ABC и что патент поэтому недействителен. Чтобы подготовить свои показания по этому делу, Атанасов и его адвокаты разыскали бывших коллег и попросили реконструировать ABC. На суде Атанасов точно показал, как работала ABC, нажимая на кнопки, заставляя лампочки загораться. Этого было достаточно, чтобы произвести впечатление на судью Эйрла Р. Ларсона, который решил дело в пользу Атанасова. Решение было объявлено 19 октября 1973 года, за день до Уотергейтского скандала, и поэтому было затеряно в газетной шумихе.

Приговор действительно описывал Атанасова как изобретателя электронного компьютера, a ENIAC — как компьютер, созданный в большей степени на его идее. “Эккерт и Маучли, — читал судья Ларсон, — не сами изобрели этот автоматический электронный цифровой компьютер, но вместо того позаимствовали эту идею у доктора Джона В. Атанасова, а поэтому патент ENIAC является недействительным”.

Приговор вне стен суда рассматривался многими как несправедливый и определенно запутанный. Атанасову горько, что он не получил награды за свои заслуги, которые, как: он полагал, заслужил. В 1975 году у него случился удар, но он поправился и прожил остаток жизни на своей ферме около Монровил, штат Мериленд, в доме, для которого он спроектировал систему кондиционирования воздуха, кухонные буфеты, краны для дождевой воды, 800-фунтовую вращающуюся входную дверь и замкнутую отопительную систему. Тем, которые заявляли, что ABC не работал, Атанасов отвечал: “Для меня достижением являются выдвинутые идеи. Как только вы получаете идеи, любой может воспользоваться ими”. Джон Винсент Атанасов умер 15 июня 1995 года на 92 году жизни.

Если о жизни и деятельности Джона Атанасова нам известно достаточно Многое, то о его соавторе Клиффорде Э. Берри в отечественной литературе имеются лишь некоторые упоминания, как об аспиранте д-ра Атанасова, хотя роль его в создании ABC компьютера значительна. Это подтвердил и сам Атанасов многие годы спустя: “Я считаю, что участие Клиффорда Э. Берри — это одно из самых главных условий успеха нашего проекта”.

Сведения о жизненном пути и научной деятельности К. Э. Берри немногочисленны: это воспоминания его жены — Джин Берри, переписка с Р. Ричардсом и воспоминания Р. Мэдера, который помогал Берри в конструировании ABC.

Клифф (как называли его многие) Берри родился в 1918 году. Окончил высшую школу Маренго (штат Айова) в 1934 году. Так как он был очень юн, родители считали, что ему следует подождать год, прежде чем поступать в колледж. Клифф посвятил этот год изучению наук и конструированию радиоприемника. Он был помощником начальника отряда бойскаутов, любил классическую музыку.

По финансовым причинам его овдовевшая мать переехала в Эймс, чтобы все четверо детей могли посещать колледж Айова. Клифф зарабатывал деньги на свое обучение в колледже, работая на фирме “Гулливер Электрик”, и несмотря на эту дополнительную работу он имел чрезвычайно высокие успехи в учебе и был избран в четыре почетных общества — Сигма Кси, Эта Каппа Ню, Фи Каппа Фи и Пи Мю Эпсилон.

На первом году обучения ему была присвоена специальная награда за лучший академический доклад на отделении электротехники за первый и второй курсы. Клифф окончил колледж в 1939 году и начал работу над диссертацией по физике и математике, а также занимался компьютером, который позднее был назван ABC.

В 1941 году он получил степень магистра по физике. Его диссертация была посвящена одному из устройств компьютера ABC и называлась “Конструкция электрических механизмов записи и считывания данных”. В этой диссертации Берри писал: “Настоящая работа проводилась совместно с разработкой быстродействующей вычислительной машины…

Чтобы максимально реализовать скоростные вычисления на вычислительной машине, необходимо записать и считать числа на карточки со скоростью порядка 60 отверстий в секунду. Это кажется просто нереальным на практике для обычных механических методов, поэтому нами был разработан описанный ниже метод, отвечающий поставленным требованиям”.

В мае 1942 года Клифф женился, а через месяц супруги уехали из Эймса (теперь становится ясным, почему работы по созданию компьютера ABC были прекращены в 1942 году — уехал главный конструктор). Его ждала работа в Пасадена на фирме “Консолидейтед Индженииринг Корпорейшн”. Он почти закончил работу над диссертацией на степень доктора философии по физике, но не возобновил над ней работу до конца Второй мировой войны. С самого начала он сделал молниеносную карьеру. Он писал технические статьи, патенты и внутрифирменные отчеты, выступал с докладами на заседаниях различных обществ.

Его имя появилось в списках “Ученые Америки”, “Лидеры американской науки” и “Кто есть кто на Западном побережье”. В 1945 году, через три года после отъезда из Айовы, Клиффорд Берри создает аналоговый компьютер 30-103. (Поразительно! Пионер цифрового компьютера, цифровых вычислений, возвращается назад по эволюционной спрали — к аналоговым вычислениям, к аналоговым компьютерам, которые были созданы и успешно использовались с начала 30-х годов. — А. Ч.). Причем, созданный Клиффом компьютер применялся для тех же целей — для решения систем линейных алгебраических уравнений.

Компьютер 30-103 наделал много шума в научных кругах. Клифф выступил с докладом в январе 1946 года на собрании Американского физического общества и опубликовал отчет. В 1951 году он получил патент на этот компьютер.

В 1948 году Клиффорд Берри защищает диссертацию и получает степень доктора философии по физике. Диссертация была посвящена масс-спектро-метрии. В дальнейшем он становится членом Американского физического общества, Американской ассоциации развития науки и других институтов. К 60-м годам на счету Клиффорда было 30 защищенных патентов, в основном по масс-спектрометрии.

В фирме “Консолидейтед” он работал до 1963 года. Осенью 1963 года Клиффорд Берри был приглашен на пост директора отдела перспективных разработок фирмы “Вэкьюм-Электроникс” в Хантингтоне, Лонг-Айленд. Он прожил две недели в Лонг-Айленде, подыскивая дом для переезда семьи.

30 октября 1963 года его нашли мертвым с пластиковым мешком на голове в комнате, которую он снимал. Его смерть остается загадкой. В отчете полиции значится “возможное самоубийство”. Его комната была опечатана в течение трех недель, полиция старалась найти улики. Атанасов, приехавший в Лонг-Айленд в поисках причин смерти Клиффа, узнал, что домовладелец снял пластиковый мешок с лица Клиффа без труда. На основании этого факта врач высказал предположение, что это — убийство: “Это все равно, что задерживать свое дыхание. Вы не сможете сделать это”. Жена Клиффа — Джин. Р. Берри осталась с двумя детьми: дочерью Кэррол (стала учительницей) и сыном Дэвидом (стал адвокатом).