Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта

Марков Сергей Николаевич

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) [383] 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.

383

Taylor J. M. (1882). A College Algebra. Boston. Allyn and Bacon // https://books.google.ru/books?id=0wg_AQAAMAAJ

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 [384] .

384

Mollenhoff C. R. (1988). Atanasoff: Forgotten Father of the Computer. Iowa State University Press // https://books.google.ru/books?id=n5omAAAAMAAJ

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 [385] .

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.

385

Howarth R. J. (2017). Dictionary of Mathematical Geosciences: With Historical Notes. Springer International Publishing // https://books.google.ru/books?id=MNwlDwAAQBAJ

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 [386] .

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. [387]

386

Mobley B. P. (2001). The ingenuity of common workmen: and the invention of the computer. Retrospective Theses and Dissertations. 660. Iowa State University // https://lib.dr.iastate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1659&context=rtd

387

Соловьёва О. (2000). Водяные вычислительные машины / Наука и жизнь. № 4 // https://www.nkj.ru/archive/articles/7033/

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» [388] , сел в свой новенький Ford V8 и поехал на восток (внучка Атанасова, Таммара Бёртон, отмечает, что её дед менял машины каждый год [389] ). 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.

388

Smiley J. (2010). The Man Who Invented the Computer. Knopf Doubleday Publishing Group // https://books.google.ru/books?id=3ImIFEZrDjYC

389

Burton T. (2006). World Changer: Atanasoff and the Computer. Tangra TanNakRa // https://books.google.ru/books?id=1YMfAQAAIAAJ

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 [390] . Используя модифицированную версию алгоритма Гаусса [391] , 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.

390

^* Тиратрон — ионный (газоразрядный) прибор для управления электрическим током с помощью напряжений, поданных на его электроды.

391

Burks A. R., Burks A. W. (1989). The First Electronic Computer: The Atanasoff Story. University of Michigan Press // https://books.google.ru/books?id=_Zja6hoP4psC