Джон Атанасов на фоне компьютера ABC
Джон Атанасов Джон Винсент Атанасов является изобретателем первой в мире электронной вычислительной машины, которая, кроме того, работала на основе двоичной системы счисления. Запоминающее устройство машины представляло собой конденсаторы, информация в которых постоянно обновлялась. Изобретателю удалось создать машину, которая выполняла не математические, а логические операции.
Джон Винсент Атанасов родился 4 октября 1903 года в семье ємигрантов из Болгарии. Он был профессором физики в колледже штата Айовы (США). Свой замысел он представил широкой аудитории в 1939 году. Атанасов сконструировал и совмесно с тогдашним аспирантом Клиффордом Е. Берри построил два сравнительно небольших электронных компьютера. Первый из низ послужил прототипом более мощной машины, которая получила название компьютера Атанасова-Берри, или сокращенно "АВС". Берри работал вместе с Атанасовым с 1939 по 1942 г. Тогда же была собрана первая ЭВМ. Он впоследствии назвал ее ABC ( Atanasoff-Berry Computer - ABC ). Началась война и Атанасов не успел запатентовать свое изобретение.
На основе разработок Атанасова Джон Маукли и Дж. Проспер Эккерт собрали и присвоили себе авторство первого в мире компьютера – знаменитого ENIAC. Произошло это в 1947 году.
В 1973 году Атанасов в судебном порядке доказал, что авторство изобретения электронной вычислительной машины принадлежит именно ему. Идеи Атанасова лежат в основе современных ЭВМ.
В 1930 году он получил степень доктора наук, защитив диссертацию об электронной структуре атомов гелия. В процессе работы над диссертацией ему необходимо было делать множество вычислений. Это и вызвало необходимость создания машины, которая поможет делать все эти вычисления.
Джерело:
http://www.tehnosayt.ru/person/atanasov-dzhon-vinsent-vychislitelnoj-mashiny//
Джон Атанасов
В 1967 г. между корпорацией Sperry Rand и компанией Honeywell, Inc. впыхнул судебный процесс, который восстановил справедливость и вернул пальму первенста в изобретении ЭВМ Атанасову.
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.
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.
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".
Он выбрал конденсаторы, потому что они относительно недороги и могли посылать сигналы арифметическому устройству без дополнительного усиления. Этот выбор, равно как идея периодической перезарядки ячеек памяти, продолжает доминировать в конструкции современных компьютеров. Сегодня конденсаторы являются важнейшими элементами интегральных микросхем, играющих роль динамической памяти компьютера, а регенерация, придуманная Атанасовым, представляет важнейшую особенность функционирования запоминающих устройств.
Решение реализовать запоминающее устройство на конденсаторах, конечно, имело важное значение, но самым значительным достижением Атанасова явилось, пожалуй, создание сложного электронного переключателя - логической схемы. Сидя в придорожной иллинойсской таверне, он мысленно представил себе две ячейки памяти, которые назвал счетами. Затем он представил себе то, что называл "черным ящиком" - логическую схему, в которую будут поступать числа, хранящиеся в памяти. В соответствии с "запаянными" в нем логическими правилами этот черный ящик должен выдавать правильные результаты при сложении или вычитании чисел, считываемые с его выводов.
Атанасов решил построить свой черный ящик из электронных ламп. Они будут получать сигналы от конденсаторов блока памяти, образующих два устройства, названные им клавиатурной памятью и памятью счетчика по аналогии с клавишами и движущейся кареткой - счетчиком - популярного в то время механического калькулятора. Лампы должны также получать сигналы и от других конденсаторов, хранивших разряды переноса (в случае сложения) или разряды заема (в случае вычитания).
Хотя Атанасов был уверен, что нашел правильные принципы построения вычислительной машины, он знал, что реализация этих принципов на практике потребует немалых усилий.
Клиффорд Берри
В этом смысле ему очень помог Берри, который так же, как и сам Атанасов, был одержим идеей создания электронной вычислительной машины. Атанасов позже вспоминал, что оба они были очень заняты на своей основной работе, но все же, говорит он: "Я не помню ни единого случая, чтобы кто-нибудь из нас не мог найти времени для компьютера. В эту затею мы вкладывали всю свою душу".
В качестве первого шага они решили построить маленький прототип машины, на котором можно было бы практически проверить основные положения концепции Атанасова: электронную логическую схему и регенерируемую двоичную память. С этой задачей они справились, на удивление, быстро. К октябрю 1939 г. опытный образец уже работал. У него было два запоминающих устройства, расположенные на противоположных сторонах пластмассового диска. Каждое устройство памяти состояло из 25 конденсаторов и поэтому могло хранить число, состоящее из 25 двоичных разрядов, что эквивалентно 8-разрядному десятичному числу. Атанасов и Берри вводили двоичные числа в запоминающие устройства вручную, заряжая конденсаторы, представлявшие цифру 1, и оставляя незаряженными те, которые представляли 0. При нажатии кнопки диск поворачивался на одну позицию. При этом электронная логическая схема, состоявшая из 8 электронных ламп, считывала данные с конденсаторов памяти. С учетом сигнала от конденсатора, хранившего разряд переноса, схема складывала очередные два числа и помещала ответ в запоминающее устройство, называемое счетчиком, которое хранило результат. Одновременно число, хранящееся на "клавишном" запоминающем устройстве, регенерировалось при помощи специальной электрической схемы.
Конечно, этот прототип едва ли можно было назвать компьютером - вычислять карандашом на бумаге было быстрее и удобнее. И все же он имеет такое же отношение к электронным вычислительным машинам, какое имеет, к примеру, самолет братьев Райт к аэронавтике. Продемонстрировав принципы Атанасова в действии, прототип открыл дорогу, которая привела к современному компьютеру.
Теперь Атанасов был готов приступить к созданию машины "АВС", которую он строил с 1939 по 1942 г. Она была предназначена для решения часто встречающейся в физике и технике задачи - алгебраической системы линейных уравнений.
Атанасов хотел, чтобы машина решала n уравнений с n неизвестными, а именно 29 уравнений с 29 неизвестными от х до х29.
Для достижения своей цели - решения системы многих уравнений со многими неизвестными - Атанасов поместил запоминающие устройства "клавиатуры" и "счетчика" уже не на диске, а на больших барабанах. Каждый барабан мог хранить 30 двоичных чисел, состоящих из 50 разрядов.
Компьютер "АВС" выполнял процедуру исключения Гаусса каждый раз для двух уравнений. Их коэффициенты, закодированные предварительно на перфокартах в десятичном виде, преобразовывались в двоичную форму специально сконструированным для этого преобразующим барабаном и записывались в запоминающее устройство. Коэффициенты одного уравнения загружались в барабан счетчика, коэффициенты второго - в барабан клавиатуры. При каждом повороте барабана, занимавшем около одной секунды, логические схемы выполняли одно сложение или вычитание над двумя наборами коэффициентов. Точнее, одна логическая схема, состоящая теперь из 7 ламп, складывала или вычитала коэффициент, скажем при x1 на клавиатурном барабане с коэффициентом при x1 на барабане счетчика, оставляя сумму или разность в счетчике. В то же самое время другие логические схемы аналогичным способом обрабатывали остальные пары коэффициентов. (Такой процесс, в ходе которого ряд идентичных действий выполняется параллельно, называется векторной операцией, а компьютер, выполняющий подобные операции, - векторным процессором.) Одновременно специальные схемы регенерации памяти обновляют содержимое запоминающего устройства "клавиатуры". Позже, после того как многочисленные сложения и вычитания были выполнены и соответствующее неизвестное было исключено, компьютер "АВС" перфорировал набор оставшихся коэффициентов (в уравнении с исключенным неизвестным) на картах в двоичном виде. Эти карты хранились до тех пор, пока вновь не требовались на одном из следующих этапов вычислений. При этом специальное устройство чтения двоичных перфокарт переводило записанную на них информацию в запоминающие устройства компьютера. Когда значения всех неизвестных были вычислены в двоичном виде, устройство чтения десятичных карт осуществляло обратную операцию, переводя двоичные данные в обычные десятичные числа.
Система ввода-вывода на перфокартах хорошо работала во время предварительных испытаний, но когда ее подсоединили к "АВС", стали возникать ошибки, приблизительно одна на каждые 10 000 операций чтения или перфорирования. Это означало, что эта машина без сложной системы перепроверок не могла быть надежным средством решения больших систем уравнений, хотя маленькие системы она решала хорошо. Атанасов и Берри пытались решить эту относительно несложную техническую проблему, но начавшаяся вторая мировая война заставила их бросить работу над компьютером. Берри был переведен на другую работу в ожидании призыва, а Атанасов поступил на военную службу в качестве сотрудника военно-морской артиллерийской лаборатории.
Если бы Атанасов и Берри смогли продолжить свою работу, то несомненно "АВС" был бы полностью готов к работе в 1943 г. Вместо этого его постигла участь большинства устаревших машин: через некоторое время он был разобран на детали и демонтирован без ведома самого Атанасова.
Как вспоминает Атанасов, к маю 1941 г. "мы уже знали, что можем построить машину, способную выполнять любые вычисления". Он решил тогда, что "АВС" можно преобразовать в цифровой электронный дифференциальный анализатор, после того как один из его коллег из Массачусетского технологического института сказал ему, что там группа сотрудников рассматривает возможность реализации новой аналоговой версии анализатора на основе электроники. Атанасов написал о своей идее Мочли, и они подробно обсудили ее, когда Мочли в июне 1941 г. приехал к Атанасову, пробыв у него около недели. Во время этого визита Атанасов продемонстрировал также свой компьютер "АВС", который к тому времени был почти готов к работе. Через четыре года идеи Атанасова нашли воплощение в компьютере "ENIAC".
Несомненно, заслуги Атанасова были бы признаны значительно раньше, если бы он получил патент на свои изобретения. Как отмечают Берксы, он вполне мог претендовать на авторские права на саму концепцию электронного цифрового компьютера, а также на электронные переключатели в компьютерах, логические схемы сложения и вычитания, раздельное хранение и обработку данных, на память с использованием конденсаторов и барабанов, регенерацию памяти, использование двоичной системы счисления в электронном вычислительном устройстве, на модульность конструкции, векторную обработку и тактируемое управление электронными операциями, а также на ряд других новшеств.
Наверное, мало будет сказать, что это был бы один из важнейших патентов за всю историю авторского права. К сожалению, из-за всеобщего смятения, внесенного войной, и неэффективной работы людей, занятых на патентной работе, ни одна заявка на изобретения Атанасова так и не была подана. Со своей стороны Атанасов в послевоенный период не предпринимал ни одной попытки получить патент, поскольку считал, что "ENIAC" принципиально отличается от "АВС" и послужит прототипом будущих компьютеров, и потому любой патент на принцип действия и конструктивное решение, воплощенные в "АВС", будет устаревшим и бесполезным. К тому же он был очень занят другой работой, а позже созданием собственной научно-технической компании.
Джерело:
http://chernykh.net/content/view/950/1033/
Другая версияя описания изобретения компьютера ABC
Джерело:
http://chernykh.net/content/view/447/659/
Компьютер Атанасова-Берри ("АВС")