Allan R. Mackintosh
Те, кого в течение десятилетий считали изобретателями первых электронных цифровых компьютеров, на самом деле не были первыми. Эта честь принадлежит физику Джону В. Атанасову
История, наконец, вспомнила о Джоне В. Атанасове. После нескольких десятилетий, прожитых в безвестности, этот 84-летний профессор физики, уже давно ушедший на пенсию, получает теперь признание специалистов по вычислительной технике за то, что он сделал почти полвека назад - за изобретение первого электронного цифрового компьютера. Впоть до самого недавнего времени во всех официальных трудах по истории вычислительной техники эта заслуга обычно приписывалась другим.
В этих трудах говорится, что современные компьютеры ведут свою родословную от машин, появившихся в конце 30-х - начале 40-х годов, когда было сделано много взаимно дополнявших и стимулировавших друг друга попыток автоматизировать, ускорить или каким-то образом устранить необходимость в долгих, утомительных ручных вычислениях.
Например, в 1932 г. Ванневар Буш из Массачусетского технологического института построил механический компьютер, названный дифференциальным анализатором, в котором вычисления выполнялись посредством вращающихся шестеренок и валиков.
В конце 30-х годов Конрад Цузе в Германии, Джон Р. Стибиц из компании Bell Telephone Laboratories и Говард Эйкен из Гарвардского университета (в сотрудничестве с корпорацией IBM) независимо друг от друга разработали "электромеханические компьютеры", в которых наборы электрически управляемых устройств, называемых реле, представляли числа. "Включенное" и "выключенное" положение реле соответствовали цифрам 0 и 1 двоичной системы счисления, или системы с основанием 2. (В отличие от стандартной десятичной системы счисления, или системы с основанием 10, в которой числа представляются цифрами от 0 до 9, в двоичной системе все числа выражаются комбинациями из двух цифр - 0 и 1.)
Далее в этих трудах говорится о том, что первые электронные компьютеры были изобретены в середине 40-х годов. В отличие от механических и электромеханических электронные компьютеры собираются преимущественно на электронных лампах, транзисторах, а самые современные - на интегральных микросхемах. Первой такой машиной, по общему мнению, считается "Колосс", построенный математиками Аланом М. Тьюрингом, X.А. Ньюменом и их коллегами из Исследовательского центра в Блетчли (Англия). Эта машина, начавшая работать в 1943 г., помогла расшифровать систему секретных германских кодов и таким образом существенно повлияла на ход второй мировой войны. Вторая машина получила название "Электронного численного интегратора и компьютера", сокращенно "ENIAC", и была построена Джоном У. Мочли и Дж. Преспером Экертом с группой сотрудников из Пенсильванского университета. Она начала работать в 1945 г.
Однако на самом деле в период между 1937 и 1942 гг., т.е. за несколько лет до того, как были созданы упомянутые машины, Атанасов сконструировал и построил два сравнительно небольших электронных компьютера. Первый из низ послужил прототипом более мощной машины, которая получила название компьютера Атанасова-Берри, или сокращенно "АВС". Берри - это покойный Клиффорд Е. Берри, аспирант и ближайший помощник Атанасова, работавший вместе с ним с 1939 по 1942 г.
Запоздалое признание заслуг Атанасова не является результатом научного исследования. Скорее оно было следствием судебного процесса, начавшегося в 1967 г. между корпорацией Sperry Rand и компанией Honeywell, Inc. В свое время корпорация Sperry приобрела патент на компьютер "ENIAC" и взыскивала определенный процент от доходов других фирм, производящих электронные вычислительные машины. Компания Honeywell отказалась платить. Sperry подала в суд, a Honeywell предъявила встречный иск, обвинив корпорацию Sperry в нарушении антитрестовского закона и попытке воспользоваться недействительным патентом.
Представители компании Honeywell заявили, что патент следует считать недействительным, поскольку во время подготовки к судебному процессу со Sperry юристы компании натолкнулись на упоминание об Атанасове. Когда они разыскали его, Атанасов, до того не очень хорошо знакомый с устройством компьютера "ENIAC", сравнил конструкцию последнего со своей машиной. Выяснилось, что параграфы патента на "ENIAC" (по существу перекрывавшие все аспекты конструкции электронных вычислительных машин) отражали конструктивные особенности компьютера "АВС" и соответствовали той информации, которой Атанасов поделился с Мочли в начале 40-х годов.
Свидетельские показания Атанасова произвели сильное впечатление, и окружной суд Миннеаполиса 19 октября 1973 г. постановил считать патент на компьютер "ENIAC" недействительным. Судья заявил, что Мочли и Экерт "не были первыми изобретателями автоматического электронного цифрового компьютера, они лишь воспользовались идеями некоего д-ра Джона Винсента Атанасова". И во время суда, и впоследствии Мочли отказывался признать, что заимствовал что-либо существенное у Атанасова. Вдова Мочли, Экерт, и многие другие и теперь придерживаются этого мнения, но я считаю, что материалы суда явно противоположны утверждениям Мочли.
Решение судьи Ларсона, принятое корпорацией Sperry без апелляций в высшие судебные инстанции, не сразу принесло признание Атанасову в широких кругах общественности отчасти потому, что американская пресса в то время была поглощена уотергейтским скандалом, который привел к отставке президента Никсона. Тем не менее сведения о роли Атанасова постепенно стали просачиваться в научно-технические круги, и тот факт, что Атанасов был первым, кто изобрел и сконструировал электронный цифровой компьютер, теперь уже стал общепризнанным.
В значительной мере это признание было заслугой А. Беркса, участвовавшего в разработке компьютера "ENIAC", и его супруги Алисы. Чета Берксов (он - профессор, а она - ассистент кафедры электроники и вычислительной техники Мичиганского университета) тщательно исследовала работу Атанасова над созданием компьютера "АВС" и описали результаты своих исследований (в том числе и судебный процесс по поводу патентных прав) в получившей широкую извесность статье, а недавно и в книге.
Путь, который привел к созданию компьютера Атанасова-Берри, по существу начался еще в конце 20-х годов, когда Атанасов работал над докторской диссертацией в Университете шт. Висконсин в Мадисоне. Диссертация была посвящена электронной структуре атомов гелия и потребовала многих недель кропотливых вычислений, выполнявшихся на настольном калькуляторе. Утомленный бесконечными расчетами, Атанасов стал мечтать от автоматизированных вычислительных устройствах. Эта идея не покидала его и после того, как он успешно защитил свою диссертацию в 1930 г. и получил должность преподавателя в Колледже (а позднее университете) шт. Айова.
Работая в университете, Атанасов в течение нескольких лет обдумывал возможные способы автоматизации вычислений. К зиме 1937 г. он уже принял решение по нескольким основным принципиальным вопросам. Например, он пришел к выводу, что функции памяти - запоминание данных - должны быть отделены в машине от вычислительных функций, а также что метод вычисления должен быть скорее цифровым, чем аналоговым: машина должна представлять числа в виде цифр, а не посредством аналога с какой-либо физической величиной, такой как расстояние, отмеряемое на логарифмической линейке. Атанасов подумывал также над идеей проводить вычисления в системах счисления с основанием, отличным от 10. Однако эти идеи, по-видимому, никак не выкристаллизовывались в единое целое, как он вспоминал позже, и это все больше удручало его. И вот однажды, ненастным зимним вечером к нему сразу же пришло несколько важнейших решений.
Сначала этот вечер не выглядел особенно обещающим. На самом деле Атанасов был так раздосадован, что, покинув лабораторию, сел в машину и поехал на большой скорости по шоссе, целиком сконцентрировав свое внимание на вождении, чтобы развеяться и отвлечься от неприятных переживаний. Через несколько часов он очутился в 200 милях от дома, в штате Иллинойс. Он остановил машину у ярко освещенного придорожного бара, чтобы чего-нибудь выпить.
"В тот день было ужасно холодно и на мне было очень тяжелое зимнее пальто, - вспоминал он в своих свидетельских показаниях на суде. - Я снял его, повесил, сделал заказ официанту и, когда он принес спиртное, я вдруг ощутил, что успокоился и обратился опять к своим размышлениям о вычислительных машинах. Я не знаю, почему моя голова вдруг заработала и почему она не работала до этого, но все как-то прояснилось, я думал четко и спокойно... Наверное, я выпил две рюмки, прежде чем понял, что мне приходили в голову очень хорошие мысли и я существенно продвинулся вперед".
И действительно, мысли оказались очень важными. Вместо механических устройств Атанасов решил применять электронные переключатели (электронные устройства, управляющие прохождением электрических сигналов), с помощью которых должны были выполняться функции управления и арифметические операции в компьютере. В этом смысле ему принадлежит первенство. До этого ни одна машина, предназначенная для решения сложных математических задач, не была основана на электронике.
Он пришел также к убеждению, что его цифровая машина должна оперировать двоичными числами и что операции над этими числами будут осуществляться в соответствии с правилами логики, а не прямым подсчетом (см. рисунок ниже). В тот же вечер Атанасов решил и важную частную проблему, касающуюся способа хранения в памяти двоичных чисел. Он и раньше подумывал над идеей воспользоваться конденсаторами, устройствами, накапливающими и хранящими электрический заряд, в качестве запоминающих элементов компьютера. Например, положительный заряд на каком-то одном выводе конденсатора мог представить цифру 1, а отсутствие заряда соответственно 0. Проблема заключалась в том, что конденсаторы постепенно теряют свой заряд. Расслабившись в придорожном баре, Атанасов придумал способ обойти это затруднение, воспользовавшись так называемой регенерацией памяти. Периодически заряд конденсатора должен был восстанавливаться таким образом, что, если он был, скажем, в положительном состоянии, то он и дальше в нем оставался, и его положительный заряд со временем не изменялся и не доходил в конце концов до нуля. Приняв эти решения, вспоминает Атанасов, "поздно вечером я опять сел в машину и теперь уже медленно поехал домой".