Сверхсекретная история компьютера
1943 год был интересным периодом в истории. Вторая Мировая война стала причиной гибели и разрушения во всем мире, Алан Тьюринг закончил работу в Блетчли-Парке, взломав немецкий код , и армия США усердно работала над совершенствованием проектов первых атомных бомб. год был интересным периодом в истории. Вторая Мировая война стала причиной гибели и разрушения во всем мире, Алан Тьюринг закончил работу в Блетчли-Парке, взломав немецкий код , и армия США усердно работала над совершенствованием проектов первых атомных бомб.
Мы все слышали историю об Алане Тьюринге и его знаменитой машине для взлома загадок. Однако большинство людей совершенно не знают, что проект современного компьютера не был разработан Тьюрингом или учеными в Блетчли-Парке. Алан Тьюринг известен как отец компьютерных систем по многим веским причинам, но на самом деле он не изобрел компьютер, как мы его знаем.
Как оказалось, компьютер был в основном изобретен другим сверхсекретным исследовательским проектом военного времени, Project px .
Наша история начинается в Университете Пенсильвании с командой ярких ученых Инженерной школы Мура. Команда пытается построить что-то, что никогда не было построено прежде, революционную новую электронную машину, способную вычислять баллистику и таблицы стрельбы артиллерии с невероятной скоростью.
Сверхсекретные исследования проводились Джоном Преспером Эккертом и Джоном Уильямом Мочли , двумя блестящими компьютерными учеными, получившими финансирование от отдела артиллерии армии для создания новой инновационной машины.
Джон Мочли и Дж. Преспер Экерт институт Франклина
Электронный цифровой интегратор и компьютер (ENIAC)рассматривается многими как первый электронный компьютер общего назначения. Кодовое название проекта PX, ENIAC был Тьюринг-полный и предназначен для программирования для расчета артиллерийских таблиц стрельбы для армии.
ENIAC весил более 30 тонн, был 80 футов в длину и занимал массивную комнату. Для сборки потребовалось огромное количество рабочей силы, и она была настолько большой, что состояла из более чем 20 000 вакуумных трубок и 5 000 000 ручных паяных соединений. В то время ENIAC была самой сложной электронной системой, когда-либо построенной. В те дни, когда он был включен, ENIAC использовал более 170 кВт электроэнергии. На самом деле он использовал так много энергии, что даже ходили слухи, что свет в Филадельфии потускнел, когда он был включен.
ENIAC в Школе электротехники Мура
— когда компьютер был включен, свет в Филадельфии померк. ”
ENIAC был поистине революционным: он мог вычислить траекторию за 30 секунд, которая займет у человека более 20 часов, чтобы вычислить вручную.
Машина Эккерта и Мочли имела огромный успех, и армия осталась довольна ее дизайном и производительностью. Их секретный исследовательский проект тоже не остался незамеченным. На самом деле она привлекла самые лучшие и яркие имена в науке, в том числе известного математика и компьютерного ученого Джона фон Неймана.
Электронный численный интегратор и компьютер (ENIAC)
Джон фон Нейман присоединился к Принстону в 1943 году. Он был блестящим ученым в своем собственном праве; вундеркинд и автор более 150 научных работ, который также имел привилегию Альберта Эйнштейна в качестве наставника и коллеги. По совпадению, фон Нейман также работал над другой секретной программой в то время для американских военных, известной как Манхэттенский проект. Вскоре после того, как фон Нейман узнал о возможностях новой машины, он осознал ее потенциальное использование в военных усилиях и летом 1944 года присоединился к исследовательской группе ENIAC в качестве приглашенного консультанта.
Джулиан Бигелоу, Герман Гольдстайн, Роберт Оппенгеймер и Джон фон Нейман в Принстоне (CC BY-SA 3.0)
Когда ENIAC в первые задумал эту машину ,он был широко использован для расчетов, необходимых для усовершенствования конструкции водородной бомбы.
На самом деле ENIAC был настолько важен для разработки водородной бомбы, что , согласно ученому проекта ENIAC Германа Голдстайна в его книге «Компьютер: от Паскаля до фон Неймана«, первым официальным тестом ENIAC было выполнение расчетов для водородной бомбы, а не артиллерийских таблиц, как первоначально было разработано. Каким бы блестящим ни был ENIAC, его изобретатели вскоре поняли, что дизайн может быть улучшен некоторыми идеями Джона фон Неймана, и начали работу над его преемником до того, как ENIAC даже запустил свою первую программу.
Джон фон Нейман присоединился к проекту ENIAC слишком поздно, чтобы внести свой вклад в разработку первой машины, но он присоединился к обсуждению и дизайну следующей, которая должна была называться электронным дискретным переменным автоматическим компьютером (ENIAC) .
Доктор Джон фон Нейман
⇡#Тихий юбилей
Недавний номер старейшего научного журнала Nature (n7386 v482) посвящен редакцией памяти великого британского ученого Алана Мэтисона Тьюринга (1912-1954), 100 лет со дня рождения которого исполняется 23 июня нынешнего года.
Один из основателей компьютерной науки, герой невидимого фронта, успешно вскрывавший шифры противника в годы Второй мировой войны, математик широчайшего профиля, сделавший заметный вклад в самых разных научных областях от систем искусственного интеллекта до биологии и морфогенезиса, Тьюринг по праву упоминается среди самых блестящих умов человечества в XX веке.
И при этом — что удивительно — никаких официальных мероприятий по празднованию юбилея великого ученого, как свидетельствует Nature, властями Великобритании не предусмотрено. Конечно же, в 2012 году запланировано немало событий, отмечающих столь заметную дату в истории науки и техники (см. например сайт www.turingcentenary.eu). Однако практически все эти инициативы организованы добровольцами на общественных началах и, по сути дела, без всякой помощи со стороны государственных структур.
Подобная ситуация выглядит не просто странно, но и резко контрастирует с другими недавними юбилеями в науке. Достаточно вспомнить, скажем, Всемирный год физики в 2005-м, когда власти Германии активно и щедро помогали отметить столетие «чудесного года» Альберта Эйнштейна, в который безвестному клерку из патентного бюро удалось опубликовать несколько своих работ, радикально изменивших физическую науку XX века.
Параллели между двумя этими юбилеями особо уместны по той причине, что в обоих случаях государство в силу исторических обстоятельств очень ощутимо усложнило жизнь и творчество выдающихся ученых. В случае с Эйнштейном, как всем известно, из-за прихода антисемитов-нацистов к власти в Германии, физик-еврей в начале 1930-х годов был вынужден покинуть страну и эмигрировать в США.
Судьба же Тьюринга сложилась еще более трагично. В начале 1950-х годов британские власти, действуя в соответствии с законами того времени, привлекли математика к ответственности за его нетрадиционную сексуальную ориентацию. Наказанием за это «преступление» была либо тюрьма, либо принудительное лечение (химическая кастрация инъекциями женского гормона эстрогена). Тьюринг избрал «лечение», вскоре после чего, как принято считать, покончил жизнь самоубийством с помощью яблока, пропитанного цианидом.
Рис.4 Общий вид 3-дисковой «Бомбы»
Рис. 3
Британский Colossus был использован для взлома немецких шифров в ходе Второй мировой войны.
Во время Второй мировой войны, Великобритания достигла определённых успехов во взломе зашифрованных немецких переговоров. Код немецкой шифровальной машины «Энигма» был подвергнут анализу с помощью электромеханических машин, которые носили название «бомбы». Такая «бомба», разработанная Аланом Тьюрингом и Гордоном Уэлшманом (англ. Gordon Welchman ), исключала ряд вариантов путём логического вывода, реализованного электрически. Большинство вариантов приводило к противоречию, несколько оставшихся уже можно было протестировать вручную.
Немцы также разработали серию телеграфных шифровальных систем, несколько отличавшихся от «Энигмы». Машина Lorenz SZ 40/42 использовалась для армейской связи высокого уровня. Первые перехваты передач с таких машин были зафиксированы в 1941 году. Для взлома этого кода, в обстановке секретности, была создана машина «Колосс» (Colossus). Под руководством А.Тьюринга. Спецификацию разработали профессор Макс Ньюман (Max Newman) и его коллеги; сборка Colossus Mk I выполнялась в исследовательской лаборатории Почтового департамента Лондона и заняла 11 месяцев, работу выполнили Томми Флауэрс (Tommy Flowers) и др.
«Колосс» стал первым полностью электронным вычислительным устройством. В нём использовалось большое количество электровакуумных ламп, ввод информации выполнялся с перфоленты. «Колосс» можно было настроить на выполнение различных операций булевой логики, но он не являлся тьюринг-полной машиной. Помимо Colossus Mk I, было собрано ещё девять моделей Mk II. Информация о существовании этой машины держалась в секрете до 1970-х гг. Уинстон Черчилль лично подписал приказ о разрушении машины на части, не превышающие размером человеческой руки. Из-за своей секретности, «Колосс» не упомянут во многих трудах по истории компьютеров.
История контрразведывательного центра Station X в Блетчли-парке, созданного по непосредственному указанию Уинстона Черчилля, развивалась со скоростью, которая возможна только в военное время. Она столь богата событиями, что кратко пересказать ее невозможно — она нуждается в отдельном детальном представлении. Чтобы представить себе объем работ, выполненных здесь, достаточно назвать всего лишь одну цифру: в разгар деятельности число работающих достигало 12 тыс. человек. Обстановка секретности была такова, что немцы так до конца войны и не узнали об этом центре. Есть мнение, что бомбардировка Ковентри удалась люфтваффе только потому, английское правительство, зная о ней заблаговременно, не приняло предупредительных мер, чтобы только не выдать факт существования Station Х и результаты деятельности.
А вот для СССР события в Station X секрета не представляли. Во-первых, в Блетчли-парке работал один из членов шпионской «кембриджской пятерки» Энтони Блант; он сообщил в Москву о том, что секрет Enigma раскрыт. А далее основным поставщиком информации был самый таинственный, остававшийся до 1990 года неизвестным пятый член «пятерки» Джон Кернкросс. Он служил переводчиком, имел непосредственный доступ к секретным данным и сообщал в Москву сведения о военно-стратегических планах германского верховного командования. В 1943 году им была передана информация о ходе подготовки, проводимой немцами к операции «Цитадель» на Курском направлении. Из перехваченных переговоров следовало, что Гитлер решил взять реванш за поражение под Сталинградом и летнее наступление вермахта развернется в начале июля в районе Курской дуги.
Однако решающее преимущество, и позволившее, в конечном счете, победить Enigma, обеспечили, конечно же, теоретики. Безусловно, самой известной личностью из числа работавших здесь ученых, был Алан Тьюринг, но его окружало созвездие специалистов. Среди них следует назвать выдающихся криптоаналитиков и математиков, главных идеологов Блетчли-Парк Гордона Велчмана и Макса Ньюмана, которые раскрыли секрет машины Lorenz, во много раз превосходившей по своим возможностям Enigma, Тону Фоулера, создателя электронной машины для дешифрации сообщений закодированных с помощью машины Lorenz, которая стала преемником Enigma.
Но в начале 1942 года тот же Дениц своим приказом ввел в обращение новую четырехроторную версию Enigma, что вызывало необходимость в добыче новых трофеев и модернизации Bombe . Положение касалось безвыходным; более полугода радиограммы не расшифровывались. Возникший кризис был разрешен только в октябре, когда противолодочный корабль Petard сумел вынудить подняться на поверхность подводную лодку U-559. Ценой жизней двух моряков новая Enigma была доставлена на борт Petard. В декабре 1942-го Блетчли-Парк снова начал бесперебойную поставку информации.
В 1943 году стало очевидно, что технические возможности и производственные мощности, которыми располагала Великобритания, становятся недостаточными. Соединенные Штаты к тому времени вступили в войну, и началась совместная работа англичан с американскими криптографами. Инженерную и производственную часть работы передали очень известной в то время компании NCR. Вновь созданная американская версия Bombe была существенно больше и имела более эффективную автоматику. Сохранившиеся экземпляры американского варианта Bombe сегодня хранятся в музеях, в том числе, в Смитсониевском музее в Нью-Йорке. Роторы новой версии Bombe вращались быстрее, в результате чего расшифровка занимала меньше времени. К весне 1944 года в США работало 96 экземпляров Bombe. В последующие годы противоборство с Enigma превратилось в рутинную работу. На этом собственно история борьбы с Enigma закончилась. В США работала настоящая фабрика по дешифровке, а в Блетчли-Парк фокус внимания сместился в сторону альтернативного подхода к противодействию более мощным роторным шифраторам, прежде всего, машине Lorenz. Этот подход был реализован в машине Colossus, которую можно назвать одним из первых компьютеров.
Быстрее и миниатюрнее
Чарз Бэбедж разработал «аналитическую машину», чтобы производить сложные вычисления
Первые компьютеры были громадными. Они работали на вакуумных лампах, которые соединялись огромным количеством проводов. При работе лампы выделяли много тепла, и, чтобы они не перегрелись, требовалась специальная охладительная система. По сравнению с сегодняшними компьютерами эти гиганты работали очень медленно, но все же могли производить вычисления гораздо быстрее, чем человек.
С тех пор компьютеры стали работать во много раз быстрее, они занимают меньше места и могут выполнять более широкий круг задач. Они больше не работают на лампах. В 1947 году были изобретены транзисторы, занимавшие гораздо меньше места, чем лампы, и не выделявшие столько тепла. Потом им на смену пришли интегральные схемы, соединившие множество транзисторов и других элементов в одном крошечном кристалле кремния.
Любовь и предательство
Всё рухнуло в 1952 году. В том, что случилось, можно, конечно, обвинять британское общество того времени, не одобрявшее гомосексуализм и каравшее за него по закону, но, с другой стороны, и сам Тьюринг прекрасно понимал, на что шёл.
В январе 1952 года 39-летний учёный на улице Манчестера познакомился с 19-летним рабочим Арнольдом Мюрреем. Тьюрингу понравился юноша, и он пригласил его на обед, предложив затем продолжить знакомство у учёного дома. Рабочий согласился, но не пришёл. Однако Тьюринг был настойчив, ещё несколько раз встречал Мюррея и уговорил-таки молодого человека провести с ним ночь.
В течение какого-то времени учёный и строитель были любовниками, а затем квартиру Тьюринга обворовали, причём сделали это друзья Мюррея с его подачи.
Воры, очевидно, считали, что Тьюринг в полицию не обратится, чтобы не раскрыть свой секрет. Но учёный все же вызвал полицейских. Естественно, очень быстро стало известно и об отношениях Мюррея и Тьюринга, и математик не стал отрицать, что спал с этим мужчиной.
В разные времена в Англии за гомосексуализм могли казнить или приговорить к пожизненному заключению. В начале 1950-х законы стали мягче, но открытое признание гомосексуальной связи строго каралось в соответствии с так называемой «поправкой Лабушера», предполагавшей наказание за любую сексуальную активность между двумя мужчинами.
Суд, длившийся несколько месяцев, завершился предсказуемым обвинительным вердиктом. Тьюрингу предложили на выбор — тюрьма или химическая кастрация.
Учёный выбрал второе и за год инъекций превратился в человека, которого не интересуют ни мальчики, ни девочки.
Но эта потеря была малой по сравнению с тем, что Тьюринг фактически лишился работы. Военные отказались от его услуг, опасаясь, что советская разведка поймает его в «голубую медовую ловушку». В научном сообществе также стали игнорировать гения математики.
Возрождение
В 1994 группа инженеров во главе с Тони Сейлом (англ.) приступила к восстановлению рабочего экземпляра Colossus Mark II, используя немногочисленные фотографии, а также записи и рассказы участников оригинального проекта. Восстановление проходило в блоке F Блетчли-парка, в комнате, где стоял самый первый Colossus. Первое видео с работающим Colossus было записано уже в 1997 году, однако, полностью восстановить компьютер удалось только к 2008 году. [1]
По словам Тони Сейла, восстановленный Colossus дешифрирует сообщения примерно с такой же скоростью, как ноутбук с процессором Pentium 2 с соответствующим ПО, несмотря на более чем полувековую разницу в поколениях. Colossus работает так быстро из-за его узкой направленности в решении только задач дешифровки определенных шифров.
Благодаря восстановлению Colossus в 2007 году открылся Национальный музей компьютеров (англ.), который также находится в Блетчли-парке. [7]
Әсер және тағдыр
Colossus заманауи стандарттармен шектелген болса да, бағдарламаланатын электронды сандық машиналардың алғашқысы болғанымен, [65] бұл логикалық алгоритмдерді бағалаудың нәтижелерін санауды қамтитын криптаналитикалық есептердің бірқатарына арналған жалпы мақсаттағы машина емес еді.
Colossus компьютері толық болған жоқ Тюринг аяқталды машина. Алайда, Сан-Франциско университеті профессор Бенджамин Уэллстің айтуынша, егер барлық он Colossus машинасы белгілі бір тәртіпте жасалған болса кластер, онда барлық компьютерлер жиынтығы а әмбебап Тьюринг машинасыжәне, осылайша, Тьюринг толық болады. [66] Компьютердің жалпы мақсаттағы машина ретіндегі ұғымы — яғни калькулятор қиын, бірақ нақты мәселелерді шешуге арналған — Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін ғана танымал бола алмады. [ дәйексөз қажет ]
Колосс және оның құрылысының себептері өте құпия болды және соғыстан кейін 30 жыл бойы солай болды. Демек, ол енгізілмеген есептеу техникасының тарихы көптеген жылдар бойы және Гүлдер мен оның серіктестері олар мойындаудан айырылды. Колосси 1-ден 10-ға дейін соғыстан кейін бөлшектеліп, бөліктері Поштаға оралды. Кейбір бөліктері бастапқы мақсатына сай тазаланып, Макс Ньюманға жеткізілді Корольдік қоғам Есептеу машиналары зертханасы кезінде Манчестер университеті. [67] Tommy Flowers-ке барлық құжаттарды жойып, оларды Доллис Хиллдегі пешке өртеу туралы бұйрық берілді. Кейінірек ол бұл бұйрық туралы айтты:
Бұл өте қате болды. Маған барлық жазбаларды жою туралы нұсқау берілді, мен оны жасадым. Мен сызбалар мен жоспарлар мен Колос туралы барлық ақпаратты қағазға түсіріп, қазандықтың отына салдым. Оның күйіп кеткенін көрді. [68]
Colossi 11 және 12, Tunni екі реплика машиналарымен бірге сақталды, оларды ауыстырды GCHQжаңа штаб Eastcote 1946 жылдың сәуірінде және тағы да GCHQ-мен Челтенхэм 1952-1954 жж. [69] Деп аталатын Колоссидің бірі Colossus Blue, 1959 жылы бөлшектелген; екіншісі 1960 ж. [69] Оларды басқа мақсаттарға бейімдеу әрекеттері болды, әр түрлі жетістіктермен; кейінгі жылдары олар жаттығу үшін пайдаланылды. [70] Джек Жақсы соғыстан кейін Колоссты бірінші болып қалай қолданғанын, АҚШ-ты көндіргенімен байланысты Ұлттық қауіпсіздік агенттігі оны арнайы мақсаттағы машина жасауды жоспарлап отырған функцияны орындау үшін пайдалануға болатындығы. [69] Colossus кейіпкерлерді санауды орындау үшін де қолданылған бір реттік төсеніш кездейсоқтық емес екенін тексеруге арналған таспа. [69]
Колосспен байланысқан және ауқымды, сенімді, жылдамдығы жоғары электрондық цифрлық есептеуіш құрылғылардың мүмкін болатындығын білетін адамдардың аз бөлігі — Ұлыбританияда және, мүмкін, АҚШ-та компьютерлердің алғашқы жұмысында маңызды рөл атқарды. Алайда, бұл өте құпия болғандықтан, кейінгі компьютерлердің дамуына тікелей аз әсер етті; ол болды EDVAC бұл сол кездегі компьютерлік архитектура болды. [ дәйексөз қажет ] 1972 жылы Герман Голдстайн, Колосс пен Алан Тюринг сияқты адамдардың жобаларынан мұра туралы білмеген (ACE), Макс Ньюман (Манчестердегі компьютерлер) және Гарри Хаски (Bendix G-15) деп жазды,
Ұлыбританияның өміршеңдігі соншалық, соғыстан кейін компьютер саласында көптеген жақсы ойластырылған және жақсы орындалған жобаларды бастауы мүмкін. [71]
Профессор Брайан Ранделл1970 ж. Колосс туралы мәлімет тапқан бұл туралы:
Менің ойымша, COLOSSUS жобасы сандық компьютерді ойлап табу хронологиясындағы орындарының маңыздылығы сияқты бағаланбаған осы өміршеңдіктің маңызды көзі болды. [72]
Ранделлдің күш-жігері 1970 жылдардың ортасында, Блетчли паркі туралы құпиялылық бұзылған кезде пайда бола бастады. Топ капитаны Уинтерботам кітабын шығарды Ультра құпия 1974 ж. [73] 2000 жылдың қазан айында Тунни шифры және оның криптоанализі туралы 500 парақтан тұратын техникалық есеп Тунни туралы жалпы есеп [74] — GCHQ ұлттыққа шығарды Қоғамдық жазбалар бөліміжәне оның құрамында қызықты paean онымен жұмыс жасаған криптографтардың Колосқа:
Жұмыс кезінде Колосстың қызықтыруы туралы адекватты түсінік беру мүмкін емес екендігі өкінішті; оның үлкен және айқын күрделілігі; жіңішке қағаз таспаның жарқыраған шкивтердің айналасындағы фантастикалық жылдамдығы; бас тақырыпты және басқа гаджеттерді емес, ұзақ уақытты, басып шығаруды балалардан ләззат алу; әріптермен декодтаудың тек механикалық шеберлігі (бір бастаушы оны алдады деп ойлады); машинистің адам баласының көмегіне жүгінбестен және дұрыс баллдарды басып шығарудағы таңғажайып әрекеті; дисплейдің баспалдақтары; асыға күткен кезеңдер күтілетін балдың кенеттен пайда болуымен аяқталады; және жүгірудің кез-келген түрін сипаттайтын таңғажайып ырғақтар: сәнді кіру, тұрақсыз қысқа жүгіру, дөңгелектерді бұзудың заңдылығы, вагонның қайтып келе жатқан секірулерімен үзілген ұрланған тік төртбұрыш, моторлы жүгірудің құтырған әңгімелері, жалған ұпай иелерінің күлкілі ашуы. [75]
