На вопрос, кто создал компьютер, в разных справочных изданиях и на профильных сайтах можно найти очень разные ответы. Версии варьируются от математика Чарльза Бэббиджа до физика Джона Мокли. Проблема не только в том, какую именно машину считать первым компьютером, но и в том, кого считать отцом-основателем и есть ли у него подтверждающие документы. Сколько же в итоге родителей у компьютера и почему вышло так, что его никто не создавал, рассказал ведущий разработчик Т-Банка Александр Шахов, выступивший в Вышке с лекцией в рамках «НОЧИ Студента». 

От колеса Бэббиджа до машины Холлерита

Настоящий компьютер должен сочетать в себе три важных элемента — быть электронным устройством, работать на бинарном коде и служить универсальной вычислительной техникой, позволяющей проводить самые разные расчеты. В то же время технику не на бинарном коде тоже можно считать компьютером, просто не столь оптимальным в работе, как двоичные машины. 

В XIX веке наука больше полагалась на средства филантропов, чем на помощь государства. «Ученые показывали свои достижения, инженеры смотрели, что можно улучшить, а аристократы ходили и обсуждали. В целом это не сильно отличается от современного краудсорсинга. И это была эпоха бурления идей, которые перемешивались очень круто», — отмечает Александр Шахов. 

В 1822 году английский математик Чарльз Бэббидж на одном из таких собраний представил миру проект первой аналитической вычислительной машины — разностной машины. 

Разностная машина Бэббиджа использовалась для подсчета конечных разностей в дифференциальных уравнениях и приближенного представления логарифмов и тригонометрических функций в многочленах, что делало ее универсальной вычислительной техникой. Принцип работы устройства ученый подглядел у своего коллеги, французского ткача и изобретателя Жозефа Мари Жаккара, который еще в 1804 году придумал, как при помощи перфокарт программировать на ткацком станке.  

Принцип работы этих устройств можно объяснить примерно следующим образом. «Если на карте есть отверстие, это единичка, если нет — ноль. Все элементарно. Это позволило создавать сложные узоры на тканях. Работа была трудоемкой, но результат впечатлял», — говорит Александр Шахов.

Позднее, в 1890 году, американский инженер Герман Холлерит при помощи табулирующей машины — вычислительного устройства на перфокартах — автоматизировал процесс переписи населения США.

«Он занимался переписью населения, и это занимало годы. Нужно было собирать данные, пересчитывать их, а монотонная работа у людей получается не очень хорошо. Тогда Холлерит придумал: давайте делать перфокарты с дырочками, на которых будут зашифрованы вес, пол, возраст и другие параметры. Это позволило автоматизировать обработку данных. Фантастика для того времени», — поясняет лектор. 

Машина Холлерита стала базой для первого компьютера. Благодаря ей люди смогли избавиться от долгой и монотонной работы по сортировке данных и проведению вычислений. 

В XIX веке на пути развития вычислительной техники было сделано еще несколько важных изобретений. Британский физик Уильям Томпсон, он же лорд Кельвин, вместе со своим братом Джеймсом Томпсоном создал первый механический интегратор — устройство, способное просчитывать интегралы. 

«Это устройство с ручкой, которая ставилась на бумагу. На бумаге была фигура, ее форма могла быть любой. Водя ручкой по контуру, машина считала интеграл. Это было гениально!» — объяснил Александр Шахов. 

Созданная машина была способна автоматически вычислять и корректировать траектории полета артиллерийских снарядов, учитывая угол наклона ствола, погодные условия и так далее. В 1872 году на основе интегратора был создан гармонический анализатор — предсказатель приливов и отливов. Устройство проводило сложные вычисления, сводя вероятность ошибки в прогнозе изменения приливов к минимуму. 

Следующее важное имя в истории создания компьютера — Вэнивар Буш, научный советник президента США Франклина Делано Рузвельта. В 1931 году он на основе механических интеграторов Томпсона создал дифференциальный анализатор. Это устройство состояло из нескольких интеграторов и было способно просчитывать дифференциальные уравнения разной сложности. 

Все вышеперечисленные машины можно отнести к аналоговым, или механическим, компьютерам. Они не использовали силу электричества, потому их мощности хватало только на очень узкий спектр задач. Это создавало серьезные ограничения в развитии компьютеров. «Все, что на механике, очень медленно работает, в то время как они (устройства. — Ред.) должны быть универсальны. Компьютер — это то, что может решить любую задачу», — объясняет Шахов. 

От механики — к электричеству

На развитие вычислительной техники сильно повлияло изобретение Александром Беллом телефона в 1876 году. Первые телефоны работали на электромагнитных коммутаторах электрических сигналов — телефонных реле. В 1938 году физик Клод Шеннон представил свою теорию электромеханических реле, в основе которой изначально лежал принцип работы телефонного реле. 

Метод электромеханического реле реализует булеву алгебру — раздел математики, изучающий логические операции. Булева алгебра была изобретена Готфридом Вильгельмом Лейбницем еще в 1666 году и изложена в его труде «Об искусстве комбинаторики».

В 1937 году американский исследователь из Bell Labs Джордж Стибиц изобрел первый двоичный сумматор на электромеханических реле Kitchen-1. В работе ученый столкнулся с большим объемом вычислений — ему не помогли даже 20 арифмометров (устройство для точного сложения, деления, умножения и вычитания. — Ред.). Тогда он решил облегчить себе работу и создать устройство, основываясь на новой теории Шеннона об электромеханическом реле. Стибиц для создания машины использовал подручные материалы — сломанное телефонное реле и металлические полоски из консервных банок. Устройство было собрано на кухонном столе, потому и получило название Kitchen-1. Двоичный сумматор Стибица был первой машиной, принцип работы которой основывался на логических операторах ИЛИ, И, НЕТ, описанных в книге Лейбница. 

С подобными проблемами (огромным количеством вычислений) также столкнулся и Говард Хатауэй Эйкен, учившийся в Гарварде. Ему принадлежит изобретение первой в мире полностью автоматической электромеханической вычислительной машины «Марк I» в 1944 году. Она использовалась во Второй мировой войне и в проекте «Манхэттен» (кодовое название программы США по разработке ядерного оружия. — Ред.). Как объяснил Шахов, на корпусе первой машины «Марк I» находятся два колеса от разностной машины Бэббиджа, которые, по легенде, Эйкен нашел на чердаке Гарварда и повесил на свое изобретение как дань уважения Чарльзу Бэббиджу, на труды которого он опирался в ходе разработки машины. На момент создания «Марк I» стал крупнейшим электромеханическим калькулятором. 

На «Марк I» история не заканчивается. Джон Винсент Атанасов, ассистент-профессор математики и физики Государственного колледжа Айовы, в 1937 году изобретает устройство под названием «Компьютер Атанасова — Берри» (ABC), вычислительной основой которого были не электромеханические реле, а электронные лампы. Скорость света от ламп способна гораздо быстрее передать сигнал в реле, чем звуковые коммутаторы. Атанасов был очень амбициозным математиком, которому удалось создать самый настоящий электронный компьютер, производящий 30 операций в секунду. Однако первенство в создании первого компьютера принадлежит все же не ему. 

Еще одно важное имя в длинной цепи изобретателей и ученых — Джон Уильям Мокли, преподаватель электротехники Пенсильванского университета. Его лекции в каком-то смысле можно назвать научным стендапом: проводимые ученым опыты в аудитории были невероятно эффектными. Мокли умел объяснять сложные физические процессы простыми словами. 

На предрождественские лекции Мокли часто съезжались люди со всех Соединенных Штатов. На одной из них он как-то вспомнил об устройстве удаленного управления на основе калькулятора, придуманном Вернером Сименсом в 1870 году, и выразил желание создать мощную вычислительную технику. На выступлении присутствовал уже упомянутый Джон В. Атанасов, который воспользовался случаем и пригласил Мокли к себе — взглянуть на уже разработанную ABC. 

По слухам, идея замены телефонных реле на электронные лампы так вдохновила Мокли, что он решил использовать ее при создании своей будущей машины. Позднее, во время судебных разбирательств в 1960–1970-х годах, он отрицал, что создавал свою ЭВМ на основе идеи Атанасова. В 1943 году Мокли познакомился с Джоном Преспером Эккертом, невероятно богатым и амбициозным физиком. Вместе они предложили вооруженным силам США проект компьютера на электронных лампах, который будет во много раз эффективнее сумматора Джорджа Стибица. К 1946 году работа над машиной была закончена, американская армия получила ЭНИАК — ЭВМ, способную проводить 5000 операций в секунду. 

«ЭНИАК делает 5000 операций. Машина Атанасова — Берри делает 30 операций... ЭНИАК содержала 17 тысяч ламп, а у Атанасова было всего 280 ламп. Разница очевидна. ЭНИАК делали на средства ВМС США, а Атанасов собирал машину на свои деньги в подвале. Масштабы понятны», — отмечает лектор.

Отдельного упоминания заслуживают еще две машины, изобретенные в 1940-е годы. 

Первая — Colossus, которая была создана командой ученых во главе с Максом Ньюманом в 1943 году. Эта машина быстро и эффективно расшифровывала закодированные сообщения и использовалась во время Второй мировой контрразведкой Великобритании. Какая система кода — двоичная или троичная — была принципом работы Colossus, доподлинно неизвестно.

Вторая — Z3, вычислительная машина немецкого физика Конрада Цузе. Она была создана в 1941 году в единственном экземпляре, использовалась Третьим рейхом в разработке самолетов и управляемых ракет во время Второй мировой войны. Полной информации о принципах ее работы не сохранилось, так как Z3 была уничтожена во время бомбардировки Берлина. 

И все же кто изобрел компьютер?

Как же понять, какое из разработанных вычислительных устройств стало прообразом того, что мы сегодня называем компьютером? 

Сумматор Стибица был механическим устройством на бинарном коде с очень ограниченным функционалом. Компьютером эта машина быть не может. 

Z3 была электромеханической машиной на бинарном коде. В теории это могла быть универсальная машина. «Мы восстановили ее документы, проверили на полноту по Тьюрингу. Она полная по Тьюрингу, значит, теоретически могла быть универсальной. Но по факту мы не знаем, потому что ее разбомбили», — констатирует Александр Шахов. Из-за отсутствия этих данных признать Z3 компьютером не получится. 

Полнота по Тьюрингу — это способность устройства предоставить для каждой вычислимой функции вычисляющий ее элемент по заданному алгоритму за отведенное время. Другими словами, устройство может выполнять любые алгоритмы вычислений, как машина Тьюринга — абстрактное устройство, придуманное английским математиком Аланом Тьюрингом в 1936 году.

«Марк I» — это электромеханическое универсальное вычислительное устройство на двоичном коде. Тем не менее компьютером оно не является. «По сути, это просто очень мощные счеты. Принцип не меняется», — пояснил Шахов.

Colossus — это электронное устройство на неизвестном коде с очень узкоспециализированным функционалом. Не компьютер. 

ABC, или машина Атанасова — Берри, имела одну интересную особенность: она была не полностью электронная. «У нее операции были на лампах, и это было круто. Но память у нее была на конденсаторах, — отмечает Александр Шахов. — Конденсаторы имеют одно неприятное свойство: они разряжаются. И что он придумал? А давайте мы возьмем щеточку, на которую подается электричество, и будем пополнять заряд конденсаторов. Это позволило ему, собственно, потом в патентной войне сражаться». 

У машины Атанасова — Берри был очень скудный спектр задач — в основном подсчет дифференциальных уравнений с несколькими неизвестными. Компьютером такое устройство мы назвать не можем.

ЭНИАК — это, по сути, электронная вычислительная машина с огромным спектром задач, то есть универсальная. Машина работала на десятеричном коде, так как он больше отвечал задачам устройства — просчет баллистической траектории полета снарядов. В 1953 году ЭНИАК получила двоично-десятеричный блок памяти, что позволило ей хранить часть информации для удобства вычислений. ЭНИАК как раз можно было назвать первым компьютером. Эта ЭВМ им и стала, но ненадолго.

Патент на ЭНИАК был выдан в 1964 году. Компания Sperry Rand Corp., владеющая патентом, решила собрать роялти (отчисления по патенту) с других компаний, которые пользовались данной ЭВМ. Маленькая организация Honeywell Corporation подала в суд на Sperry за нарушение антимонопольного законодательства, утверждая, что ЭНИАК не является оригинальной технологией.

Адвокат Honeywell спустя некоторое время вышел на Атанасова. Ученый решил участвовать в судебных разбирательствах, чтобы сохранить свое имя в истории. «Процесс длился девять месяцев, было больше 180 свидетелей, более 32 тысяч документов, и в итоге суд в 1972 году признал, что патент надо отменить», — сказал Шахов. И технология признана неоригинальной. 

Так и получилось, что патент на создание первого компьютера никому не принадлежит, а потому можно сказать, что первый компьютер никто не создавал. В то же время вклад каждого из ученых и инженеров, которые занимались созданием перфокарт и первых вычислительных машин, нельзя недооценивать. По всему выходит, что компьютер создали все вместе и никто конкретно. Хотя прототипом ЭВМ считается ЭНИАК, формально ее создатели, физик Джон Мокли и инженер-электронщик Джон Эккерт, не являются владельцами патента на технологию.  

В России авторами первого проекта автоматической цифровой вычислительной машины считаются Исаак Брук и Башир Рамеев. Они вдохновлялись идеями ЭНИАК, но считали, что бесконечно ломавшиеся электронные лампы нужно заменить на миниатюрные полупроводниковые диоды. Авторское свидетельство на свое изобретение они получили 4 декабря 1948 года, потому эта дата считается неофициальным днем рождения российской информатики. Правда, само свое устройство Брук и Рамеев смогли собрать только к концу 1951 года. К этому моменту директор Института электротехники Академии наук в Киеве Сергей Лебедев уже выпустил свою малую электронную счетную машину М-1, которая и получила статус первой в Советском Союзе электронной цифровой вычислительной машины.