ГОВАРД АЙКЕН Ученый, воплотивший идеи и проекты Бэббиджа

ГОВАРД АЙКЕН

Ученый, воплотивший идеи и проекты Бэббиджа

Вскоре я познакомился с первой из новых цифровых машин, построенных на реле. Она находилась в Гарвардском университете. Работы по созданию этой машины велись по правительственному заданию, и руководил ими Говард Айкен. Его успехи произвели на меня большое впечатление и вызвали чувство глубокого восхищения. Айкен рассматривал свою машину как современный вариант тех весьма примитивных вычислительных машин, которые около ста лет тому назад разрабатывал Бэббидж в Англии.

Норберт Винер

Говард Айкен

В 1864 году в одной из своих последних работ ученый, опередивший свое время, автор неосуществленного проекта Аналитической машины Чарльз Бэббидж писал: "Если кто-либо, не наученный моим опытом, попытается создать машину, способную выполнять математический анализ в объеме, равном работе целого отдела математиков, причем с использованием различных принципов или более простых механических средств, и попытка эта увенчается успехом, то мне не страшно вверить такому человеку свою репутацию, т. к. только он сможет сполна оценить усилия и достигнутые результаты".

Реально идеи и концепции Ч. Бэббиджа смогли осуществиться только через 80 лет после написания этих пессимистических строк. И человека, который практически воплотил эти идеи, звали Говард Хетауэй Айкен. Правда, следует уточнить, что с проектом Бэббиджа Айкен познакомился только через три года после начала работ по созданию своего первого детища и был поражен настолько, что воскликнул: "Живи Бэббидж на 75 лет позже, я остался бы безработным".

Говард Айкен вырос в Индианаполисе, штат Индиана (он родился 8 марта 1900 года). После восьмого класса он был вынужден пойти работать ночным оператором в компанию по освещению и теплоснабжению, а днем посещал техническую школу Арсенала. Руководство школы заинтересовалось способностями молодого человека и предоставило ему возможность сдать экзамены досрочно. Затем он поступает в Университет штата Висконсин и одновременно работает в газовой компании. В 1923 году Айкен получает степень бакалавра наук, а за ночную работу — должность главного инженера газовой компании. Проработав инженером-энергетиком 10 лет, в 1935 году он поступает в Чикагский университет, а затем становится аспирантом по физике Гарвардского университета.

Докторская диссертация Айкена "Теория проводимости пространственных зарядов", представленная отделению физики Гарвардского университета в 1939 году, изобилует выражениями разочарования по поводу того, что нельзя было решить аналитически нелинейные дифференциальные уравнения, адекватно описывающие изучаемые им явления, и что их численное решение даже для нескольких интересуемых случаев требует выполнения недоступного для человека объема вычислений. В результате этих размышлений в 1937 году появилась его работа (он издал ее на свои средства) под названием "Предлагаемая автоматическая счетная машина", где автор описал машину в виде коммутационной доски, на которой смонтированы различные узлы вычислительной машины, причем каждая панель коммутационной доски предназначалась для выполнения определенных математических операций.

Гарвард был в то время центром "чистых" исследований, поэтому Айкен не нашел поддержки, было скорее сопротивление. Многие не верили в то, что такую машину можно создать. Его поддержали лишь астроном Харлоу Шэпли и профессор школы бизнеса Тед Браун. Айкен пытался подключить в эту работу фирму "Монро", в частности главного инженера Дж. Чейза. Чейз заинтересовался, но руководство фирмы сочло идею непрактичной и отказалось от ее реализации. Чейз рекомендовал Айкену обратиться в фирму IBM — так состоялось его знакомство с Томасом Уотсоном, президентом этой фирмы. В 1939 году был подписан контракт, по которому фирма IBM с финансовой поддержкой военно-морского ведомства США бралась за создание машины Айкена. Спустя семь лет, в мае 1944 года, машина, получившая название "Марк-I", вступила в строй. Реле, счетчики, контактные устройства, печатающие механизмы, устройства для ввода перфокарт и перфорирующие устройства, используемые в машине, были стандартными частями табуляторов, выпускаемых в то время фирмой IBM. Эта машина, работавшая с 23-значными десятичными числами, выполняла операцию сложения за 0,3 сек. и операцию умножения за 3 сек. и имела внушительные размеры (длина — 17,4 м, высота — 2,5 м).

"Марк-I" отличалась высокой работоспособностью (если этот термин можно применить к машине) и надежностью. Этот колосс работал по 24 часа в сутки, без выходных, выполняя главным образом расчеты по секретным проектам военно-морского флота. За первые три года работы на компьютере "Марк-I" были составлены 19 таблиц различных математических функций (функций Бесселя, функций Хенкеля, интегральных синусов и косинусов и т. д.). Многочисленные исследования, связанные с решением больших систем линейных уравнений, с помощью компьютера "Марк-I" проводил профессор отделения экономики Гарвардского университета Василий Леонтьев (позже лауреат Нобелевской премии).

Компьютер "Марк-1"

Надо сказать, что "Марк-I" в 1944 году имел черты современных компьютеров, в частности разделения времени выполнения операций, при этом не возникало конфликтных ситуаций различных устройств, широко использовались подпрограммы при программировании. А в дальнейшем были введены устройства, "обеспечивающие средства для выбора любого из нескольких ответвляющих путей операции" (т. е. операций условного перехода).

В 1947 году в лаборатории Айкена была создана новая релейная машина "Марк-II", которая обладала необычным для того времени свойством: она могла работать как одна машина или как две отдельные машины, решая одновременно две различные задачи. Переход с одного режима на другой производился с помощью переключателя. В машине была введена плавающая запятая.

В последние годы Говарда Айкена упрекали в том, что он при проектировании своих компьютеров неохотно переходил от электромеханических к электронным устройствам. А может быть осторожно, выжидательно: "Нет, я знал, что нужно было идти этим путем. Я не хотел зависеть от технологии, я не хотел беспокоиться о надежности незнакомых и еще не испытанных в новом применении компонентов. Как только я увидел, что другие проекты пошли нормально и что инженеры научились работать с новой технологией, я перешел на электронику". И это случилось при создании им третьей и четвертой версий машины — "Марк-III" и "Марк-IV". Вообще, с позиций сегодняшнего дня, оглядываясь назад, становится ясно, что компьютеры на основе электронно-вакуумной технологии были, по существу, переходной средой на пути к созданию более надежных машин с использованием реле и полупроводниковой технологии. И Айкена в этом плане можно считать первооткрывателем.

Начало проектирования электронной машины "Марк-III" датировано январем 1948 года, а окончание — 1950 годом. В ней числа и команды уже представлялись в двоичном коде и хранились на девяти алюминиевых барабанах, покрытых магнитным слоем.

Последний компьютер, созданный Г. Айкеном в Гарварде для военно-воздушных сил, — "Марк-IV" — был закончен в 1952 году. В отличие от проектируемых в то время машин на основе менее надежной электростатической памяти, память "Марк-IV" с произвольным доступом состояла из 200 сдвигающих регистров на магнитных сердечниках. Машина имела также память большого объема на магнитном барабане с отдельными секторами для 4000 16-разрядных чисел и для 1000 команд. В машине были применены индексный регистр и декодирующее устройство со специальной клавиатурой для записи программ в алгебраических выражениях, близких к обычной записи.

Большие успехи в деле автоматизации программирования принадлежат Грейс Хоппер (контр-адмирал ВМС США), которая работала с машинами "Марк" в Гарварде с 1944 по 1949 год. Ее вклад в дело создания первых компиляторов (кстати, термин "компилятор" был впервые введен Грейс Хоппер) и первых языков программирования неоспорим, а ее имя в тот период неразрывно связано с именем Говарда Айкена и его компьютерами.

При проектировании последней машины Айкен обратил внимание на проблемы, которые возникают при промышленном производстве компьютеров, когда они перестают быть предметом лабораторных исследований. Ему хорошо была известна работа Клода Шеннона по релейным схемам, опубликованная в 1938 году, но в 1949 году ничего не было известно об использовании работы Шеннона для проектирования электронных схем. В 1951 году Айкен вместе с коллегами выпустил книгу "Синтез электронных вычислительных и управляющих схем". В предисловии он писал: "Как в лаборатории, так и в учебном классе можно легко заметить, что недостаток адекватных математических методов исследования функциональных характеристик электронных управляющих схем представлял единственное и самое серьезное препятствие для быстрого развития данной области и для обучения студентов, интересующихся этим вопросом". Последующее быстрое развитие теории коммутации и управляющих систем подтвердило мудрость этого наблюдения.

Айкен первым предложил в 1947/48 учебном году ввести курс по проектированию цифровых вычислительных устройств в Гарварде. Сразу же после этого был введен курс анализа цифровых схем, ориентированный на технологии, используемые в цифровых компьютерах. В период его работы Гарвард стал одним из первых университетов, присваивающим ученые степени в области вычислительной техники.

Айкен был талантливым и вдохновенным учителем в самом лучшем понимании. Будучи сам волевым, независимым, целеустремленным и настойчивым, отдавая максимум времени учебе, науке, работе, он ожидал того же и от своих студентов и коллег, поэтому достигнутые ими результаты превосходили их собственные ожидания. Это был чрезвычайно активный человек. Его след можно найти во многих областях науки и техники, а последний патент был выдан за год до кончины, когда ему исполнилось 72 года.

В последние годы жизни он работал консультантом фирмы Monsanto Chemical по вопросам, связанным с исследованиями в области магнитных доменов. 14 марта 1973 года во время поездки в Сант-Луис, в штаб-квартиру фирмы Monsanlo, Говард Айкен внезапно скончался от инфаркта.

Результаты его исследований и преподавательской деятельности отражены в "Трудах компьютерной лаборатории", которой он руководил в течение многих лет, во многих журнальных публикациях и многочисленных отчетах ВМФ и ВВС США, комиссии по атомной энергетике, телефонной лаборатории, Американской газовой ассоциации и других организаций. Велико значение работ, которые провели его многочисленные ученики и коллеги.

Достижения Говарда Айкена были признаны во всем мире, о чем свидетельствуют многие награды, которых он был удостоен. Когда впервые в 1946 году был учрежден Комитет по вычислительным машинам, Айкен стал одним из первых его членов вместе с Джорджем Стибицем и Джоном фон Нейманом. Он являлся членом Американской Академии науки и искусства и Института радиоинженеров; Айкен был удостоен награды ВМФ за выдающиеся заслуги и награды ВВС за особые гражданские заслуги; его "альма-матер" Висконсинский университет выдал ему диплом за выдающиеся профессиональные заслуги; Бельгия наградила его Офицерским крестом Ордена короны; Франция возвела его в кавалеры Легиона чести. Ему присвоена почетная степень доктора высшей технической школы Германии в Дармштадте, в Испании — почетного члена Высшего совета по научным исследованиям, в Швеции — члена Инженерной академии.

Профессор математики Государственного университета Гумбольта, главный эксперт проекта истории компьютерной техники Смитсоновского Национального музея истории техники Генри Тромп писал: "Я убежден в том, что Айкен был одним из провозвестников компьютерной эры. Его личные качества оказали большое влияние на многих исследователей, сотрудничавших с ним в период 40—50-х годов".