با پیشرفت سریع فناوری در اواسط قرن گذشته نیاز به ماشین های محاسباتی سریع بیش از پیش احساس می شد و در پاسخ به این نیاز ارتش آمریکا نیم میلیون دلار از بودجه خود را به توسعه ابزارهای با قدرت محاسباتی ایده آل اختصاص داد.
چند ماه بعد روزنامه های آمریکایی از توسعه «مغز غول پیکری» خبر دادند که هزار برابر از ماشین های الکترومکانیکی سریعتر بود و کار ۳۰۰ روز را در ۲۴ ساعت انجام می داد. این ماشین به عنوان اولین کامپیوتر دنیا آغازگر عصر جدیدی در فناوری بود.
اختراع اولین کامپیوتر دنیا
ارتش ایالات متحده در گرماگرم جنگ جهانی دوم شدیدا به ابزاری برای برآورد دقیق و سریع محاسبات خود نیاز داشت. مهمترین بخش این محاسبات به تخمین دقیق جداول شلیک توپ ها در شرایط اقلیمی و موقعیت های مختلف مربوط می شد.
محاسبه این جداول بر عهده آزمایشگاه تحقیقات بالستیک (BRL) قرار داشت و به همین خاطر آنها از متخصصان و کارشناسان دانشگاهی برای همکاری در این زمینه دعوت کردند. بودجه اختصاص یافته برای توسعه این ماشین ۵۰۰ هزار دلار آن زمان بود که با در نظر گرفتن تورم آمریکا تقریبا برابر با ۶.۳ میلیون دلار امروز است.
دریافت این بودجه کلان می توانست هر متخصصی را به مشارکت در این پروژه ترغیب کند. کمیسیون نظامی در ۳۱ می ۱۹۴۳ یک فیزیکدان به نام «جان ماکلی» و مهندس الکترونیکی به نام «جان پرسپر اکرت» را به ترتیب به عنوان مشاور ارشد و مهندس ارشد پروژه توسعه کامپیوتر انتخاب کرد.
جان ماکلی از سال ۱۹۴۲ در زمینه توسعه ماشین های محاسباتی فعالیت داشت و چند دستگاه را نیز طراحی کرده بود. او در آخرین پروژه خود قصد داشت با استفاده از تئوری های «جان وینسنت آتاناسف» در مورد بکارگیری لامپ های خلا، سرعت محاسبات را به حد جدیدی برساند.
اکرت و ماکلی در دانشکده مهندسی برق پنسیلوانیا با هم آشنا شده بودند. طراحی اولین کامپیوتر دنیا که بعدا انیاک نام گرفت حدود یکسال زمان برد و پس از آن هم ۱۸ ماه را به توسعه ماشین اختصاص دادند.
نام انیاک (ENIAC) برگرفته از سرواژه های «محاسبه گر و انتگرال گیر عددی الکترونیکی» بود. این ماشین تا پایان جنگ جهانی دوم در سال ۱۹۴۵ به صورت رسمی راه اندازی نشد که دلیل دقیق آن مشخص نیست.
در این سال ارتش آمریکا محاسبات مربوط به طراحی بمب هیدروژنی، پیش بینی آب و هوا، مطالعات اشعه کیهانی، احتراق حرارتی، اعداد تصادفی و طراحی تونل باد را به این دستگاه سپرد. انیاک توانایی محاسبه ۳۰۰ عمل ضرب در یک ثانیه را داشت که به معنی انجام کار دستی ۳۰۰ روزه تنها در ۲۴ ساعت بود.
به عبارت ساده تر ماشینی که می شد یک اتوبوس را در آن پارک کرد، از نظر پردازشی تنها گنجایش ۲۰ عدد ۱۰ رقمی را داشت. این رقم شاید امروز خنده دار به نظر برسد اما در آن زمان قابلیت برنامه نویسی عمومی و محاسبه سریع عملیات های ابتدایی دانشمندان و صاحبان صنایع را هیجان زده کرده بود.
تجهیزات به کار رفته در انیاک
انیاک ۶۴.۸ متر مکعبی ۳۰ تن وزن داشت و راه اندازی آن برابر با مصرف ۱۶۷ کیلووات برق بود با این حال در زمان خودش پیشرفته ترین و پیچیده ترین دستگاه الکترونیکی جهان محسوب می شد که با استفاده از انشعاب شرطی و زیر روال لانه ای تصمیم گیری می کرد.
این کامپیوتر ماژولار از ۲۰ کابینت سه متری تشکیل شده بود. اعداد ورودی در این انباشتگرها ذخیره، جمع، تفریق و غیره می شد. به منظور انتقال سریع اعداد بین آنها از بکارگیری قطعات مکانیکی خودداری شده و این مسئولیت به هاب های همه کاره سپرده شده بود.
در این ماشین از ۱۷۴۶۸ لامپ خلا، ۷۰ هزار مقاومت، ۱۰ هزار خازن، ۱۵۰۰ رله، ۶ هزار سوییچ دستی و ۵ میلیون اتصال لحیمی استفاده شده بود. مزیت لامپ خلا در این بود که با اعمال ولتاژ به الکترودهای آن امکان کنترل الکترون ها در محیط شبه خلا و در نتیجه تقویت، تضعیف و یا قطع و وصل جریان الکتریکی فراهم می شود.
اطلاعات با استفاده کارتخوان IBM به دستگاه وارد شده و خروجی هم روی کارت پانچ ارائه می شد. در این روش قدیمی ماشین IBM 405 سوراخ هایی کوچک در محل های از پیش تعیین شده بر روی یک کارت کاغذی ایجاد می کرد. ذخیره سازی اطلاعات به این روش از نظر سرعت و دقت هیچ مزیتی نسبت به روش دست نویس نداشت و تنها امکان خواندن و نوشتن داده ها را به ماشین می داد.
انیاک در ابتدا حافظه ذخیره سازی نداشت و اپراتورها از کارت های پانچ استفاده می کردند اما در سال ۱۹۵۳ حافظه ای با هسته مغناطیسی و حجم صد کلمه به آن اضافه شد که از نظر عملکرد به حافظه های امروزی بی شباهت نبود.
راه اندازی اولین کامپیوتر دنیا حرارت بسیار بالایی را تولید می کرد و مهندسان برای کاهش دمای آن از دو دمنده ۲۰ اسب بخاری بهره می بردند. مصرف شدید انرژی توسط انیاک باعث راه افتادن این شایعه در فیلادلفیا شد که خاموشی برق در برخی ساعات به راه اندازی این غول آهنی ارتباط دارد.
انیاک در آن زمان از نزدیک ترین رقیبش ۱۰۰۰ برابر سریعتر بود و به لطف طراحی مدرن قادر به انجام ۵۰۰۰ هزار عمل جمع، ۳۵۷ عمل ضرب یا ۳۸ عمل تقسیم تنها در یک ثانیه بود. استفاده از لامپ های خلا به جای سوییچ و رله به افزایش سرعت انیاک انجامیده بود اما برنامه نویسی دستگاه هفته ها وقت تکنسین ها را می گرفت و نگهداری از آن هم مستلزم صرف ساعت ها کار بی وقفه بود. در عین حال تحقیقات توسعه دهندگان آن به بهینه سازی های قابل توجهی در کارایی لامپ های خلا منجر شد.
بهینه سازی های دکتر فون نویمان
دکتر «جان فون نویمان» ریاضی‌دان و دانشمند آمریکایی که در توسعه بمب هم نقش داشت، اصلاحات قابل توجهی را در اولین کامپیوتر دنیا اعمال کرد. این ماشین بر اساس علم حساب اجرا می شد اما اجرای همزمان عملیات در آن برنامه نویسی را دشوار می کرد.
پیشنهاد فون نویمان مبنی بر کنترل انتخاب کد از طریق سویچ ها نیاز به تغییر مداوم اتصالات کابلی را از بین برد. او همچنین با اضافه کردن یک کد مبدل امکان اجرای پشت سر هم عملیات محاسباتی را نیز به انیاک اضافه کرد.
پایان داستان انیاک
علی رغم پیشرفت های چشمگیر انیاک در زمینه محاسبات عمر اولین کامپیوتر دنیا دیری نپایید. راس ساعت ۱۱:۴۵ دوم اکتبر ۱۹۵۵ انیاک برای همیشه خاموش شد. این ماشین تاریخی در مؤسسه «اسمیتسونین» به نمایش گذاشته شده اما بخش های کوچکتری از آن به دانشگاه پنسیلوانیا و مراکز دیگر به امانت داده شده اند.
