ИСТОРИЯ ВТ
Будущее сначала существует в воображении, затем в воле, затем становится реальностью.
Р.А. Уилсон
В пяти милях от Вашингтона, на Небраска-авеню, 3801, находится приземистое здание из красного кирпича, выстроенное в форме замкнутого четырехугольника. С 1917 г. в нем располагалась Mount Vernon Seminary - женская частная школа и дормиторий для учениц, а с февраля 1943-го по сентябрь 1950-го - особо секретное учреждение, занимавшееся радиоперехватом и дешифровкой переговоров, которые вели высшие чины японского флота. Оно подчинялось командованию ВМФ США и называлось "Дополнительная коммуникационная деятельность - Вашингтон" (Communications Supplementary Activity - Washington, CSAW*1). В бесчисленных комнатах бывшей школы, напоминавшей внутренней архитектурой средневековый замок, трудилось от 1100 (в 1943 г.) до 5000 (в 1950-м) сотрудников.
_____
*1 Сотрудники CSAW называли его “seesaw” (качели), поскольку так произносится этот акроним. В ноябре 1952 г. функции этого учреждения и других аналогичных организаций перешли к Агентству национальной безопасности (National Security Agency, NSA).
Во время войны CSAW руководил профессиональный военный, капитан 1-го ранга Джозеф Н. Венгер (Joseph N. Wenger), в его заместителях ходили капитан 2-го ранга, бывший профессор математики Йельского университета Говард Т. Энгстром (Howard Т. Engstrom, 1902-1962) и капитан-лейтенант, инженер-электрик Уильям К. Норрис (William С. Norris, 1911-2006), в предвоенные годы работавший в отделе сбыта крупнейшей электротехнической компании Westinghouse Electric Corp. Первый отвечал за криптологическую и аналитическую деятельность, второй возглавлял группу инженеров, которые поддерживали в работоспособном состоянии различные машины, упрощавшие процесс дешифровки. Их поставляла в основном лаборатория военно-морских вычислительных машин (Naval Computing Machine Laboratory, NCML), организованная в 1942 г. в компании National Cash Register (Дейтон, шт. Огайо).
Уильям Норрис
В 1986 г. в одном из своих интервью Норрис вспоминал: "Однажды (в феврале 1945 г. - Ю. П.) Говард Энгстром заметил, что пора бы нам поразмышлять над тем, что мы будем делать после окончания войны. Он сказал: "Поскольку я не хочу возвращаться в Йель, я должен подумать о чем-нибудь другом", на что я ответил: "Мне работа в Вестингаузе нравилась, но это не означает, что я стремлюсь непременно вернуться туда". С этого времени мы начали обсуждать альтернативные варианты. Нам было совершенно ясно, что в CSAW сосредоточено в высшей степени уникальное собрание талантов и что моряки будут озабочены тем, как бы эти таланты не рассеялись по стране. Конечно, можно было бы организовать из этих людей государственную лабораторию, но такое решение вряд ли кому-либо из них понравилось бы. Другое дело - основать частную компанию и работать с военными на контрактной основе (собеседники предполагали, что компания будет разрабатывать электронное дешифровочное оборудование. - Ю. П.). Эта идея оказалась привлекательной и для Говарда, и для меня, и мы начали действовать".
Партнеры обсудили свой замысел с группой сотрудников CSAW, которых они хотели пригласить в будущую компанию, а также заручились поддержкой Венгера, являвшегося, по словам Норриса, "широко мыслящей личностью", и ряда высших чинов ВМФ, включая военно-морского министра - печально известного Джеймса Форрестола. Но если переговоры с военными завершились более чем успешно, то найти инвесторов, которые ссудили бы компанию начальным капиталом, оказалось сложным делом. По причине секретности основатели компании не могли раскрыть им свои планы, а в условиях отсутствия достаточной информации никто из банкиров не хотел тратить свои деньги вслепую.
Выход из почти тупиковой ситуации помог найти капитан-лейтенант Ральф И. Мидер (Ralph I. Meader), бывший руководитель NCML, подлежавшей по окончании войны расформированию. Он пожелал стать третьим учредителем и в качестве "вступительного взноса" свел Энгстрома и Норриса со своим знакомым - Джоном Э. Паркером (John E. Parker, 1900-1989), вашингтонским банкиром и владельцем Northwest Aeronautical Corp. (NAC) в Сент-Поле, шт. Миннесота. Корпорация производила планеры для армии и после войны оказалась в бедственном положении; нужно было искать новый бизнес, и мало смысливший в технике Паркер решил рискнуть: возглавляемая им группа инвесторов выделила необходимые средства, и 8 января 1946 г. была основана компания "Партнерство в инженерных исследованиях" (Engineering Research Associates, Inc., ERA) с учредительным капиталом в 20 тыс. и кредитной линией в 200 тыс. долл. Компания была зарегистрирована в шт. Миннесота, но офис имела в Арлингтоне, шт. Виргиния. Президентом ERA стал Паркер - его группе принадлежало 50% акций; остальными акциями (до дополнительной эмиссии) владели вице-президенты Энгстром, Норрис и Мидер. Обязанности между ними были распределены так: первый руководил исследованиями, второй - инженерными разработками, третий решал производственные проблемы (в конце 1949 г. Мидер ушел из компании, не сработавшись с Паркером и Норрисом). Кроме того, в ERA были исследовательский и конструкторский отделы, во главе которых стояли ветераны CSAW - Чарльз Б. Томпкинс (Charles B. Tompkins) и Джон Э. Говард (John E. Howard) соответственно.
Паркер предоставил новоявленной компании пустующие помещения завода NAC, построенного в 1920 г. для "литейки" Американской компании радиаторов (American Radiator Co.). Летом 1946 г. в них вселилось около сорока сотрудников CSAW и несколько специалистов NCML. Но среди них было мало опытных инженеров, и поэтому в городской газете появилось объявление: "Новая компания приглашает на работу инженеров-механиков и специалистов по электронике". Благодаря этому объявлению в ERA пришли специалисты, составившие впоследствии ее мозговой центр: Джон Линдсей Хилл (John Lindsay Hill, р. 1909), Франк Чарльз Маллени (Frank Charles Mullaney, р. 1923), Арнольд А. Коэн (Arnold А. Cohen, р.1914), Сидни Майкл Рабенс (Sidney Michel Rubens, р. 1910), Эрвин Томаш (Ervin Tomash, р.1921), Джон Кумбс (John Coombs)*1 и др.
_____
*1 К сожалению, мне не удалось найти информацию об этом замечательном инженере. Известно, что в конце 40-х годов он перешел в IBM, где след его теряется. Я буду признателен читателям, если они сообщат мне какие-либо сведения о нем.
В июне 1946 г. ERA получила два исследовательских контракта от управления военно-морских исследований (Office of Naval Research, ONR)*1. Эти и последующие контракты именовались "Задачами" (Task), и каждой из них присваивался номер. Например, "Задача N 1" состояла в исследовании принципов построения памяти достаточно большой емкости для хранения цифровой информации. Под руководством Ч. Томпкинса и Д. Кумбса инженеры компании провели ряд опытов с твердотельной (вероятно, магнитострикционной) линией задержки, с фотопленкой (для записи информации) и сканером (для ее считывания). По разным причинам эти варианты были отвергнуты, после чего Д. Говард предложил воспользоваться магнитной средой для записи и считывания данных, представленных в двоичной форме. Априори было неясно, как построить такую память: то ли осуществлять запись/считывание на носителе в виде диска или барабана, выполненных из высококоэрцитивного материала, то ли использовать носители, заимствованные из проволочных (распространенных в США) или ленточных (популярных в Европе) магнитофонов. Ответ на эти вопросы в июне 1947 г. нашли Ф. Маллени и С. Рабенс, которые с помощью нескольких техников построили макет первого в мире накопителя на магнитном барабане (НМБ). Они взяли четвертьдюймовую магнитную ленту из трофейного немецкого магнитофона и с помощью скотча прикрепили ее к поверхности алюминиевого барабана диаметром пять дюймов. Барабан поместили на вал шлифовальной машинки и на расстоянии 0,001 дюйма от его поверхности неподвижно установили головки, заимствованные из того же магнитофона: одну для считывания, другую - для записи (электронный блок для НМБ изготовили самостоятельно). Частота вращения барабана составляла примерно 3000 об./с; при этом удалось получить плотность записи 230 бит/дюйм.
_____
*1 ONR было образовано в 1946 г. решением Конгресса США с целью финансовой поддержки “исследований в области чистой и прикладной математики, статистики и разработки вычислительных машин”. Математическое отделение ONR, курирующее разработки ЭВМ, возглавила известный алгебраист Майна Спайгель Рис (Mina Spiegel Rees,1902-1997).
О НМБ компьютерный мир узнал из доклада Д. Кумбса на Национальной конференции по электронике, состоявшейся в Чикаго в ноябре 1947 г. В следующие два года ERA разработала для своих нужд (и на продажу) ряд накопителей со средним временем выборки от 8 до 64 мс и емкостью до 65К тридцатишестиразрядных двоичных чисел (их 22-дорожечные барабаны имели в диаметре от 4,3 до 34 дюймов). В них использовались модифицированные головки от магнитофонов американской компании Brush Co., а вместо ленты - эмульсия окиси железа, распыляемая на поверхности барабана. В 1948 г. ERA получила патент на НМБ и впоследствии продала лицензию на него ряду компаний (в частности, IBM).
В том же 1947 г. компания создала дешифровочную машину, известную под кодовым названием Goldberg (руководителем проекта был Д. Кумбс). Она использовала два модифицированных НМБ диаметром 31 дюйм, имеющих третью головку для стирания записей. Забегая вперед, скажу, что за ней последовал ряд разработок аналогичного назначения: в частности, в октябре 1948 г. была изготовлена машина Demon, содержавшая 8000 (!) ламп и предназначенная для взлома кодов, применявшихся в Советском Союзе. Исходные шифрограммы перфорировались на бумажной ленте и записывались на НМБ, после чего велся поиск совпадения с заданным шаблоном. Правда, уже в феврале следующего года СССР сменил систему шифрования и машина оказалась бесполезной.
Об условиях, в которых работала в ERA в первые годы своего существования, один из ее сотрудников, Джордж Чампайн (George Champine), вспоминал так: "На некоторых окнах первого этажа не было защитных экранов, так что воробьи и ласточки свободно проникали в помещение и летали под потолком. Периодически нам приходилось бросать работу и выгонять птиц из здания. Зимой температура в помещении опускалась так низко, что программисты работали за своими столами в пальто и перчатках. Летняя же жара вынуждала всех работать без рубашек, а чертежники были озабочены тем, чтобы капли пота, падавшие на ватман, не испортили их работу".
Фрагмент магнитного барабана ЭВМ ERA 1101
Тем не менее ERA набирала обороты: финансовый год, который у компании заканчивался 31 октября, она уже в 1947 г. завершила с доходом в 1,5 млн. долл. и чистой прибылью в 35 тыс. долл. К этому времени в ней работало 420 сотрудников (годом ранее их численность составляла 145 человек). Вообще этот год стал решающим для будущего компании, так как в августе она получила контракт на проектирование универсальной ЭВМ ("Задача N 13"). Руководителями проекта были назначены Д. Хилл и Ф. Маллени, ответственным за логическую структуру машины - А. Коэн. В процессе разработки технической документации ERA построила ONR Relay Computer - 6-разрядную релейную машину с НМБ, служившую для опробования логики будущей ЭВМ (в дальнейшем она успешно использовалась и в вашингтонском офисе ONR под кодовым названием Abel). В марте 1948 г. проект был одобрен ONR; будущую машину назвали Atlas (по имени сверхинтеллектуального героя популярных тогда комиксов, автором которых был художник Крокет Джонсон). Ее разработка и изготовление завершились в октябре 1950 г., и, таким образом, машина стала третьей в США действующей ЭВМ с хранимой программой: ранее были введены в действие лишь SEAC и SWAC (май и июль 1950 г. соответственно), о которых речь пойдет в следующей статье.
Atlas была одноадресной машиной синхронного действия (тактовая частота - 0,4 МГц) с параллельным выполнением арифметических операций над числами с фиксированной запятой, представленными в двоично-кодированной восьмеричной системе счисления. Ее НМБ содержал барабан диаметром 8,5 дюйма, вращавшийся с частотой 3500 об/м, имевший 200 (!) головок считывания/записи и хранивший 16К двадцатичетырехразрядных двоичных чисел. Каждая из 43 команд включала код операции (6 разрядов), величину "прыжка" (skip), указывающее число ячеек памяти, которые нужно пропустить ("перепрыгнуть"), чтобы извлечь из нужной ячейки очередную команду в программной последовательности (4 разряда) и адрес операнда (14 разрядов). Интересно, что базовой арифметической операцией была операция вычитания, выполняемая в 48-разрядном регистре-аккумуляторе (в память направлялось только 24 разряда полученного результата); сложение же выполнялось как вычитание второго операнда, представленного в дополнительном коде (при этом уменьшалась вероятность получения "отрицательного нуля"). Для повышения надежности работы использовался автоматический допусковый контроль параметров ламп. Времена сложения и умножения чисел составляли 96 и 350 мкс соответственно (включая время извлечения операнда из памяти). Машина содержала 2695 ламп и 2385 германиевых диодов, потребляла 15 кВт энергии, занимала площадь 52 кв. м и весила 6,2 т.
В декабре 1950 г. Atlas была поставлена в вашингтонский офис CSAW (второй экземпляр машины передали Агентству национальной безопасности в марте 1953 г.). Она зарекомендовала себя как высоконадежная ЭВМ: работала круглые сутки семь дней в неделю (не считая 10% машинного времени, которые ежедневно тратились на профилактику). В том же году в издательстве McGraw Hill Book Company вышла книга "Быстродействующие вычислительные устройства" (High Speed Computing Devices), написанная сотрудниками ERA, - первая в мире книга, в которой был обобщен опыт разработки ЭВМ в США и других странах.
ЭВМ была, естественно, засекречена, но руководство ERA в декабре 1951 г. добилось у военных разрешения выпустить в продажу ее модифицированный вариант под торговой маркой ERA 1101 (тринадцать в двоичной системе!). Однако на машину не поступило ни одного заказа, так как она не работала с перфокартами, к ней не прилагалась инструкция по эксплуатации и руководство по программированию. Кроме того, не было предпринято никаких маркетинговых усилий по ее продвижению на рынке. В 1953-1954 гг. компания изготовила ERA 1101 для своего офиса, намереваясь продавать машинное время всем желающим. Однако этот замысел не был реализован (опять-таки из-за отсутствия ПО), и в ноябре 1954 г. машина была передана Техническому институту шт. Джорджия, где она находилась в эксплуатации до 1961 г.
В работе по модификации Atlas принимал участие Сеймур Роджер Крей (Seymour Roger Cray, 1925-1996), один из величайших компьютерщиков XX в., с которым мы еще встретимся в дальнейших статьях цикла. Крей - выпускник университета шт. Миннесота в Миннеаполисе с дипломами бакалавра по электротехнике и магистра по математике - вспоминал: "До окончания учебы (1951 г. - Ю. П.) я не знал, что существует целый мир цифровых вычислительных средств. Наверное, каждому забавно припомнить тот момент в его жизни, когда после получения диплома стоишь на углу своей улицы и спрашиваешь себя: "Что же дальше?" Мне повезло, потому что в университете был преподаватель, который опекал меня... и когда я задал ему этот вопрос, он ответил: "На вашем месте я спустился бы вниз по улице, туда, где находится Engineering Research Associates; мне кажется, вам должно понравиться то, что они делают".
Еще до завершения работ над Atlas’ом ERA получила контракт на выполнение "Задачи N 29", суть которой заключалась в разработке и изготовлении более мощной универсальной ЭВМ Atlas II. Это была двухадресная машина с параллельным характером выполнения арифметических операций, имевшая кроме НМБ емкостью 16К тридцатишестиразрядных слов и временем выборки 17 мс внутреннюю память на 36 трубках Уильямса (общей емкостью 1К). Кроме того, разработчики предусмотрели возможность подключения к ЭВМ до четырех накопителей на магнитной ленте (НМЛ) и перфокарточных устройств ввода-вывода. ЭВМ выполняла операции над числами с фиксированной запятой и имела набор из 45 команд.
(Окончание следует)
