2.7.5 Забытый изобретатель Джон Винсент Атанасов

Многие годы считалось, что первой ЭВМ была машина ENIAC (от Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный численный интегратор и компьютер), созданная Джоном Мокли и Джоном Эккертом и запущенная в эксплуатацию 10 декабря 1945 г.

Однако в начале 1970-х гг. это утверждение было подвергнуто сомнению. Первой ласточкой стал иск, поданный в 1971 г. Sperry Rand Corporation к CDC и Honeywell, а окончательный крест на приоритете ENIAC был поставлен после того, как были рассекречены материалы о компьютере Colossus. В настоящее время считается, что первой электронной (хотя и не тьюринг-полной) машиной стал компьютер ABC Джона Атанасова и Клиффорда Берри, а второй — компьютер Colossus Mark I Томаса Флауэрса. В ходе судебного разбирательства по иску 1971 г., длившегося 135 рабочих дней, были заслушаны показания 77 свидетелей, занявшие в общей сложности около 20 000 страниц стенограмм. Вердикт судьи окружного суда Миннесоты Эрла Р. Ларсона, вынесенный 19 октября 1973 г., гласил: основные идеи, лежавшие в основе ENIAC, были получены от Атанасова, изобретение, заявленное в ENIAC, также было совершено Атанасовым. Суд установил тот факт, что Мокли присвоил идеи Атанасова и в течение более тридцати лет подсовывал их миру в качестве собственных. Патент Мокли и Эккерта был отозван.

Сегодня, почти полвека спустя, у этого судебного решения находится немало критиков. Попробуем пролить немного света на эту детективную историю, разыгравшуюся в конце 1930‑х — начале 1940-х гг.

Джон Винсент Атанасов был первым из девяти детей, родившихся в семье американского инженера-электрика болгарского происхождения Ивана Атанасова и Ивы Лусены Парди, учительницы математики. Вот что писал Джон об отце: «Мой отец родился 6 января 1876 года, в то время, когда наш народ готовил восстание против турок. Незадолго до начала восстания турецкие власти вынудили жителей деревни Бояджик покинуть свои жилища, а затем подожгли дома. Мой дедушка бежал с сыном на руках, за ним следовала моя бабушка, и в этот момент группа турецких солдат дала залп ему в грудь. Пуля, убившая его, оставила шрам на лбу моего отца на всю оставшуюся жизнь. Моя бабушка была замужем ещё дважды. Моему отцу было 13 лет, когда он приехал в Соединённые Штаты, а в 15 лет он осиротел. После столь невероятного начала своей жизни он окончил Колгейтский университет и женился на моей матери, американке, дедушка которой участвовал в Гражданской войне между Севером и Югом»^, .

В 1903 г. семья с новорождённым Джоном переехала во Флориду, где его отец получил должность инженера-электрика в Остине, а затем в промышленном городке Брюстере, основанном в 1910 г. компанией American Cyanamid. В наши дни Брюстер представляет собой пустынный город-призрак, официальное население которого, по данным переписи 2010 года, составляет три человека. Джон хорошо учился в школе, увлекался спортом, особенно бейсболом. Но когда отец приобрёл новую логарифмическую линейку — она произвела неизгладимое впечатление на мальчика и изменила его интересы.

Джон заинтересовался математическими принципами работы линейки, и это привело его к изучению тригонометрических функций. С помощью своей матери он прочитал «Алгебру в колледже» (A College Algebra) Джеймса Тейлора. Эта книга содержала начала дифференциального исчисления, главу о бесконечных рядах и о вычислении логарифмов. В течение нескольких месяцев девятилетний вундеркинд смог освоить азы математической науки в достаточной степени для того, чтобы далее обходиться без посторонней помощи. За это время, опираясь на помощь мамы, он узнал о различных системах счисления, в том числе о двоичной.

Джон окончил среднюю школу в 15 лет, получив отличные оценки по естественным наукам и математике. Юноша всерьёз мечтал о карьере физика-теоретика. В 1921 г., предварительно отработав год на поисках залежей фосфата, чтобы скопить деньги на учёбу, Джон поступил во Флоридский университет в Гейнсвилле, а поскольку в университете не было такой специальности, как теоретическая физика, Атанасов выбрал изучение электротехники. Окончив университет в 1925 г., Джон получил степень бакалавра наук в области электротехники с наивысшим средним баллом — A (отлично). Многие вузы, включая Гарвард, приглашали Джона на позицию преподавателя, но в итоге он принял полученное первым приглашение Колледжа сельского хозяйства и механических искусств штата Айова (ныне — Университет штата Айова), расположенного в городе Эймсе и имевшего хорошую репутацию в области науки и технологий.

В марте 1929 г. он поступил в Висконсинский университет в Мадисоне в качестве соискателя степени доктора философии в области теоретической физики. Работа над диссертацией по теме «Диэлектрическая постоянная гелия» дала Атанасову первый опыт серьёзных вычислений. Он часами работал на калькуляторе «Монро», одной из самых совершенных вычислительных машин того времени. Занимаясь расчётами, Атанасов заинтересовался разработкой более совершенной и быстрой вычислительной машины. Этим он и решил заняться по возвращении в свой вуз в Айове после успешной защиты диссертации в июле 1930 г.

Осенью того же года Атанасов получает должность доцента (Assistant Professor) и начинает эксперименты с электронными лампами и другими электронными устройствами. В 1936 г. совместно с коллегой по вузу физиком-атомщиком Гленном Мёрфи и аспирантом Линном Ханнумом Атанасов создал лаплациометр — прибор для решения уравнения Лапласа с различными краевыми условиями.

Он был основан на более ранней модели, которая создавала физическую модель дифференциального уравнения в мыльной плёнке. Атанасов и Ханнум выбрали парафин из-за его большей стабильности. В итоге лаплациометр представлял собой 100-фунтовые блоки парафина, являющиеся физическими воплощениями решения уравнения Лапласа.

Атанасов продемонстрировал, что лаплациометр может получать решения задач кручения с погрешностью не более 2% относительно теоретических значений. Кроме лаплациометра, он создал специальный аналоговый калькулятор для оценки «индекса гранулярности» фотографий.

Вообще, 1930-е гг. были периодом активного поиска различных аналоговых вычислительных схем. Примерно в то же время, когда Атанасов и Ханнум занимались опытами с лаплациометром, советский учёный Владимир Лукьянов создал свой первый гидравлический интегратор — аналоговое вычислительное устройство, предназначенное для решения дифференциальных уравнений, в основе которого лежит идея измерения объёма жидкости, поступающей в некоторый сосуд. Поскольку объём жидкости в сосуде является интегралом от функции, описывающей поступление жидкости в этот сосуд, то, задавая скорость расхода воды на основе некоторой функции, можно получать численное значение её интеграла. Эта идея оказалась вполне жизнеспособной для того, чтобы устройства на её основе получили весьма широкое распространение. Лукьянову удалось создать модульную конструкцию, которая легла в основу серийных машин, выпуск которых начался в 1955 г. на Рязанском заводе счётно-аналитических машин. Гидроинтеграторы ИГЛ (интегратор гидравлический системы Лукьянова) получили весьма широкое распространение в СССР и странах соцлагеря. Эти устройства успешно использовались для решения задач в области геологии, шахтостроения, гидротехники, металлургии, ракетостроения и других отраслей до середины 1980-х гг.

Но вернёмся к Атанасову. В 1935–1937 гг. он работал над модификацией табулятора компании IBM — сначала для анализа спектров, а затем для решения систем линейных уравнений. Атанасов написал статью «Решение систем линейных уравнений с использованием перфокартного оборудования», в которой привёл схематический эскиз вспомогательного устройства. В апреле 1937 г. он написал письмо в IBM относительно этой идеи (позже в ходе судебного разбирательства было раскрыто внутреннее письмо IBM, в котором говорилось: «…не подпускайте Атанасова к табулятору»). В конечном итоге он отказался от этой схемы как от непрактичной, в первую очередь из-за малого объёма памяти машины.

В один из холодных зимних вечеров 1937-го Атанасов, «разочарованный тем, что его работа казалась запутанной и зашедшей в тупик» , сел в свой новенький Ford V8 и поехал на восток (внучка Атанасова, Таммара Бёртон, отмечает, что её дед менял машины каждый год). Позже он скажет в интервью: «Это был вечер скотча и езды на машине со скоростью 100 миль в час, когда у меня родилась идея машины с электронным управлением, в которой двоичные числа использовались бы вместо традиционных десятичных, память была бы основана на конденсаторах и существовал бы регенеративный процесс для предотвращения потери памяти из-за сбоя электричества». Проехав 200 миль, он остановился в придорожной забегаловке в штате Иллинойс. Здесь Атанасов выпил бурбона с содой (он был любителем быстрых машин и шотландского виски, а в Айове в это время всё ещё действовал сухой закон), продолжая думать о создании машины. Немного расслабившись, Атанасов понял, что мысли его прояснились. Он взял салфетку и начал их записывать.

В начале 1938 г. Атанасов продумал в общих чертах устройство цифровой электронной машины для решения больших систем линейных уравнений и начал искать финансирование. В марте 1939 г. он подал заявку и через два месяца получил от своего колледжа грант в размере 650 долларов (200 долларов на материалы и 450 на оплату работы ассистента) на изготовление прототипа. Помощником Атанасова стал студент-электротехник Клиффорд Берри, которого Джону порекомендовал его друг и коллега профессор электротехники Гарольд Андерсон. Рабочий прототип удалось создать в короткие сроки, и в декабре 1939 г. он был с успехом продемонстрирован администрации колледжа: та решила, что проект Атанасова заслуживает гранта Исследовательского совета в размере 5000 долларов для построения полномасштабного устройства.

Работы над машиной, ставшей затем известной под названием ABC (Atanasoff-Berry Computer — компьютер Атанасова и Берри), стартовали в начале 1940 г., а уже в конце 1941-го состоялись первые испытания, показавшие, что арифметический блок и двухбарабанный модуль памяти работали отлично, как и большая часть компонентов системы ввода-вывода. Однако электронный механизм чтения и записи карт, который Атанасов изобрёл для промежуточного хранения вычисленных уравнений, иногда давал сбои. Хотя отказы происходили в среднем реже одного раза на 10 000 попыток, их всё-таки было достаточно для того, чтобы при решении больших систем уравнений периодически возникали ошибки.

Весивший около 315 кг ABC был размером с письменный стол и содержал 280 электронных ламп и 31 тиратрон. Используя модифицированную версию алгоритма Гаусса, машина могла решать большие системы линейных уравнений (до 29 уравнений, при этом каждый из тридцати коэффициентов каждого уравнения имел точность около пятнадцати десятичных знаков).

Весной 1940 г., в разгар работы над машиной, впервые возникла идея, что её хорошо бы запатентовать. Создатели подготовили объёмную рукопись с описанием и чертежами. Одну из её копий в конце того же года отправили в Чикаго — патентному юристу Ричарду Трекслеру, нанятому колледжем для консультации по поводу способов защиты воплощённых в устройстве изобретений. Но в 1942 г. Атанасова и Берри призвали на военную службу, из-за чего они так и не успели решить проблему со сбоями в системе чтения и записи карт, а также не довели до конца вопрос с патентами.

Возвратившись же в конце 1948 г. из вооружённых сил, Атанасов узнал, что машину убрали из Физического корпуса и демонтировали. Он был удивлён и разочарован этим: о том, что компьютер собираются уничтожить, ни его, ни Клиффорда Берри никто не уведомил. От машины осталось лишь несколько деталей.

Атанасов не заработал ни цента на своём изобретении. «Я не был одержим идеей, что изобрёл первую вычислительную машину, — говорил он. — Если бы я знал о том, что именно было в моей машине, я бы продолжал работу над ней». После ухода в отставку в 1961 г. он работал над частными проектами, пока весной 1967-го, к его удивлению, с ним не связались адвокаты трёх крупных компьютерных компаний — Control Data Company (CDC), Honeywell и General Electric — по вопросу спора со Sperry Rand Corporation по поводу так называемых патентов ENIAC. Создатели компьютера ENIAC — Мокли и Эккерт — подали заявку на патент в 1947 г. и получили его в 1964-м. Поскольку Sperry Rand являлась наследником компании Мокли и Эккерта, а вместе с ней и их патентных прав, Honeywell и другие компании, производящие электронные вычислительные машины, были поставлены перед фактом необходимости уплаты патентных отчислений. Юристам Honeywell и CDC удалось узнать о компьютере Атанасова, хотя до начала судебного разбирательства о его существовании упоминалось лишь в трёх коротких газетных заметках 1940-х гг. и в книге «Электронные цифровые системы» (Electronic Digital Systems) Ричарда Ричардса, опубликованной в 1966 г. (Ричардс был другом Берри и видел в 1941-м машину Атанасова). По всей видимости, именно эта книга стала источником информации для адвокатов.

Атанасов, нанятый в качестве консультанта CDC и Honeywell, предоставил всю имевшуюся информацию и согласился выступить в качестве свидетеля на судебном процессе. Во время длительного разбирательства Атанасов произвёл на суд хорошее впечатление своими манерами и показаниями, в отличие от Мокли, который трижды менял свои показания под присягой и пренебрежительно высказывался об Атанасове и его компьютере. Было доказано, что во время их первой встречи в декабре 1940 г. Атанасов рассказал Мокли о своей работе, а затем пригласил его в Айову, поскольку Мокли изъявил желание увидеть машину собственными глазами.

Рис. 44. Компьютер Атанасова и Берри

С 13 по 18 июня 1941 г. Мокли гостил в доме Атанасова в Эймсе. Эти дни он провёл в долгих обсуждениях принципов работы машины Атанасова и Берри с её создателями. В течение трёх или четырёх дней Мокли наблюдал за работой компьютера. Кроме того, Атанасов дал прочитать Мокли свою рукопись, описывающую устройство и функции машины. Сразу же после возвращения из Айовы Мокли написал письмо своему другу-метеорологу Генри Клайтону, выразив энтузиазм по поводу компьютера Атанасова и Берри. 15 августа 1941 г. Мокли написал подробную работу о разнице между аналоговыми калькуляторами и импульсными устройствами, в которой содержался ряд идей, практически идентичных идеям из рукописи Атанасова. 30 сентября 1941 г. Мокли написал Атанасову, предлагая совместные усилия по разработке ABC, и спросил, есть ли у Атанасова какие-либо возражения против использования некоторых идей Атанасова в вычислительной машине, которую Мокли планирует создать.

Трудно сказать, был бы вердикт суда более мягким, если бы Мокли вёл себя в процессе разбирательства более осмотрительно. В конце концов, ENIAC был серьёзным шагом вперёд в сравнении с ABC. Во-первых, ENIAC был куда более масштабным проектом: превосходивший Harvard Mark I по скорости вычислений примерно в 300 раз и весивший около 27 т, электронный монстр Мокли и Эккерта содержал в своей конструкции 17 468 электронных ламп, 1500 реле, 500 000 контактов, 70 000 резисторов, 10 000 конденсаторов и потреблял 174 киловатта — одни только счета за электричество составляли около 60 долларов в день. И во-вторых, что более важно, ENIAC, в отличие от узкоспециализированного ABC, был тьюринг-полной машиной.

ENIAC мог выполнять сложные последовательности операций с циклами, ветвлениями и подпрограммами, однако, в отличие от современных компьютеров с хранимыми программами, ENIAC был набором различных арифметических устройств, программирование которых осуществлялось за счёт множества поворотных переключателей, гнёзд и сети соединительных кабелей. Создание программы для решения новой задачи обычно занимало недели, из которых только ввод программы в машину мог растягиваться на несколько дней. За этим следовал период отладки, которая могла осуществляться в режиме пошагового выполнения программы.

Первоначальная команда программистов ENIAC состояла из шести девушек: Кей Макналти, Бетти Дженнингс, Бетти Снайдер, Марлин Уэскофф, Фрэн Билас и Рут Лихтерман. Они не только составляли и вводили программы, но и занимались поиском сбоев и были способны сузить область поисков до конкретной сгоревшей лампы.

Рис. 45. Девушки из команды программистов ENIAC

Хотя радиолампы перегорают не очень часто, из-за их огромного числа в конструкции ENIAC машина находилась в неработоспособном состоянии примерно половину времени. Особенно остро проблема стояла до 1948 г., пока не появились специальные высоконадёжные лампы. Инженерам удалось сократить количество отказов до более приемлемого уровня — одна лампа перегорала примерно раз в два дня. По словам Эккерта, на обнаружение проблемы уходило около 15 минут. В 1954 г. самый продолжительный непрерывный период работы без сбоев составлял 116 часов — около пяти дней.

Хотя устройство современных компьютеров заметно отличается от устройства ENIAC и несмотря на то, что приоритет Мокли и Эккерта в деле создания первой ЭВМ был оспорен, значение этой машины для будущего вычислительной техники трудно переоценить. В отличие от машины Атанасова, ENIAC активно использовался для решения многих практических задач, и опыт его эксплуатации послужил важным фундаментом дальнейшего развития электронной вычислительной техники.

‎

Loading comments...