Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта

Марков Сергей Николаевич

2.7.2 Говард Эйкен и компьютер Mark I

Идея создания электромеханической вычислительной машины пробивала себе дорогу и по другую сторону Атлантики. Примерно в то же время, когда Цузе трудился над первой моделью своей машины, уже упоминавшийся нами гарвардский физик Говард Эйкен обратился к идее автоматизации вычислений. Диссертационная работа Эйкена была основана во многом на решении нелинейных дифференциальных уравнений, что требовало выполнения утомительных расчётов. Эйкен прекрасно понимал, что подобная работа может быть механизирована и что вычислительная машина могла бы принести пользу при решении разнообразных задач во многих областях науки. Эйкен понимал, что для создания компьютера потребуется много денег, и решил обратиться к одному из крупнейших производителей механических и электромеханических калькуляторов в США — компании «Монро» (Monroe Calculating Machine Company). 22 апреля 1937 г. Эйкен представил главному инженеру «Монро» Джорджу Чейзу

свои планы по созданию системы для автоматических вычислений. Система должна была уметь выполнять четыре основные арифметические операции, осуществлять расчёты по заданной последовательности действий, хранить в памяти введённые и вычисленные значения, менять последовательность вычислений в зависимости от промежуточных результатов, а также сохранять результаты расчётов [346] . Чейзу понравился данный проект, он решил, что создание подобной машины и полностью окупит требуемые инвестиции, и может стать ключевым для бизнеса компании. Однако, несмотря на несколько месяцев обсуждений, Чейзу так и не удалось убедить руководство компании одобрить проект.

346

Dalakov G. The MARK computers of Howard Aiken / History of Computers: hardware, software, internet… // https://history-computer.com/ModernComputer/Relays/Aiken.html

Примечательно, что Эйкен был учеником Эмори Чаффи, специалиста по электронным лампам, и, следовательно, прекрасно знал о возможностях этой технологии. Так почему же свой компьютер Эйкен хотел создать на базе реле? Ответ: по чисто финансовым соображениям. Эйкен знал, что проект потребует существенных вложений. Когда он подал заявку в «Монро», то был готов сделать свой компьютер из механических частей и реле. Если бы интерес к проекту Эйкена проявила компания, специализирующаяся на электровакуумных приборах, то проектируемая машина могла бы стать электронной. Забегая вперёд, скажем, что в итоге машина была создана из элементов табуляторов — потому что проект осуществляла IBM.

Несмотря на то что отказ «Монро», безусловно, стал для Эйкена ударом, он не собирался сдаваться быстро. Хотя Чейз и не смог убедить руководство своей компании, он предложил Эйкену обратиться за помощью к гарвардскому профессору Теодору Брауну, другу президента IBM Томаса Уотсона — старшего. Браун, в свою очередь, попросил изучить проект Эйкена старшего инженера IBM Джеймса Брайса. После положительного заключения Брайса и поддержки Уотсона компания IBM одобрила проект по постройке машины, получившей впоследствии название Harvard Mark I [347] .

347

Chase G. C. (1980). History of Mechanical Computing Machinery (with foreword by I. Bernard Cohen) / Annals of the History of Computing, Vol. 2, pp. 198–226 // http://www.rechenmaschinen-illustrated.com/pdf/chase.pdf

В конце 1937 — начале 1938 г. Эйкен подготовил формальное описание проекта под названием «Предлагаемая автоматическая вычислительная машина» (Proposed Automatic Calculating Machine). Оно состояло из 22 печатных страниц с двойным интервалом и начиналось с краткой истории устройств, предназначенных для автоматизации вычислений. Эйкен упоминает неперовы палочки, калькуляторы Паскаля, Морланда и Лейбница, дифференциальные машины Бэббиджа, Шутца, Вайберга и Гранта, ткацкий станок Жаккара и, наконец, табулятор Холлерита [348] .

348

Aiken H. (1989). Perspectives on the Computer Revolution. Ablex Publishing Corp // https://history-computer.com/Library/AikenProposal.pdf

Затем Эйкен обращается к необходимости более мощных инструментов для проведения расчётов в математических и физических дисциплинах, в общих чертах он обрисовывает области применения своего компьютера — это и теоретическая физика, радиосвязь и телевидение, астрономия, а также быстроразвивающаяся сфера математической экономики и социологии. Эйкен выделил четыре конструктивные особенности, которые должны, по его мнению, отличать машину для научных вычислений от производимых IBM табуляторов.

1. Машина должна быть способна обрабатывать как положительные, так и отрицательные величины, в то время как существовавшие тогда учётные машины были предназначены лишь для решения задач с положительными числами.

2. Машина должна поддерживать многие виды трансцендентных функций (например, тригонометрические), эллиптические функции, функции Бесселя и вероятностные функции.

3. После задания процесса вычислений работа машины должна быть полностью автоматической.

4. Машина должна быть способна

не только вычислять сводные значения для столбцов таблиц, но и осуществлять вычисления в их строках.

Переговоры официальных представителей IBM и Гарварда завершились 31 марта 1939 г. подписанием соглашения, в соответствии с которым IBM согласилась построить для Гарварда вычислительную систему, состоящую из машин для автоматического выполнения серий математических вычислений. Устройство получило название ASCC (Automatic Sequence Controlled Calculator, автоматический калькулятор с последовательным управлением), позже стало использоваться название Harvard Mark I. Работа над постройкой машины началась в мае 1939 г. в лабораториях IBM в городе Эндикотте (штат Нью-Йорк), и предполагалось, что она продлится два года. В действительности на постройку ушло почти пять лет. В январе 1943 г. машина решила свою первую вычислительную задачу, а в феврале 1944-го была перевезена в Гарвард и установлена в подвале Лаборатории физических исследований. Сборка машины на новом месте завершилась в марте 1944 г. В августе того же года IBM официально представила машину университету. Общие затраты IBM на создание этой машины обычно оцениваются в 200 000 долларов — весьма внушительная сумма для того времени.

В мае 1944 г. машина на время войны была передана в ведение Бюро кораблестроения (Bureau of Ships) военно-морского флота. К августу команда, работавшая на Марк I под руководством Эйкена, была полностью укомплектована многочисленным штатом специалистов военно-морского флота, включающим ряд офицеров, среди которых были Грейс Хоппер и Ричард Блох, ставшие главными программистами. Считается, что именно Грейс Хоппер нашла первый компьютерный «баг» (bug, «жучок») — мёртвую моль, которая попала в Mark I и своими крыльями заблокировала чтение отверстий перфоленты [349] . Хотя на самом деле слово «баг» использовалось для описания дефекта, по крайней мере с 1878 г. (в 1878 г. Томас Эдисон писал в письме Тивадару Пушкашу: «Так было со всеми моими изобретениями. Первый шаг — интуиция, которая приходит как вспышка, затем возникают трудности — устройство отказывается работать, и именно тогда проявляются «жучки» — как называют эти мелкие ошибки и трудности, — и требуются месяцы пристального наблюдения, исследований и усилий, прежде чем дело дойдёт до коммерческого успеха или неудачи» [350] ), но Грейс Хоппер приписывают изобретение слова «отладка» (debugging, дословно «обезжучивание») для обозначения работы по устранению ошибок в программах.

349

Dalakov G. The MARK computers of Howard Aiken / History of Computers: hardware, software, internet… // https://history-computer.com/ModernComputer/Relays/Aiken.html

350

Edison to Puskas, 13 ноября 1878, Edison papers, Edison National Laboratory, U. S. National Park Service, West Orange, N. J., цит. по: Forsyth M. (2011). The Etymologicon: A Circular Stroll through the Hidden Connections of the English Language. Icon Books Limited.

Рис. 41. Компьютерный «баг», по одной из версий найденный Грейс Хоппер

В 1944 и 1945 гг. машина работала практически непрерывно. Задачи военного времени, которые нужно было решить, включали исследования магнитных полей, связанных с защитой кораблей от магнитных мин, а также математические расчёты по проектированию и использованию радаров. Без сомнения, самой важной проблемой военного времени были расчёты для взрывов, заказанные Джоном фон Нейманом для лаборатории в Лос-Аламосе. Прошло не меньше года, прежде чем сотрудники Эйкена узнали, что эти расчёты были необходимы для создания атомной бомбы. Выдающийся успех и одновременно с этим тот факт, что расчёты взрывов потребовали больше времени, чем предполагалось по плану, привели к тому, что военно-морской флот попросил Эйкена в начале 1945 г. спроектировать и построить вторую аналогичную машину. Она получила название Mark II.

Внешне вычислительная машина представляла собой внушительное зрелище: при размерах приблизительно 16 x 2,5 x 1 м она весила пять тонн и содержала 760 000 деталей, 850 км проводов, 3 000 000 соединений, 3500 многократных реле с 35 000 контактов, 2225 счётчиков, 1484 десятипозиционных переключателя. Опираясь на технологию, разработанную IBM для статистических и бухгалтерских машин, Harvard Mark I задействовала в своей конструкции традиционные компоненты IBM, такие как электромагнитные реле, счётчики, кулачковые контакты, перфокарты и электрические пишущие машинки, но, кроме этого, также включала новые конструктивные элементы — реле и новые, более быстрые и компактные виды счётчиков, которые раньше не использовались в машинах IBM.