Вторым его разочарованием, как утверждал Мокли, было то, что машина Атанасова была предназначена для решения одной-единственной задачи и не могла быть перепрограммирована или модифицирована для выполнения других задач: «У него не было в планах ничего, что могло бы сделать машину более универсальной и позволило бы ей решать какие-либо другие задачи, кроме решения системы линейных уравнений»[120].
Так Мокли покинул Айову, не найдя там важных идей для конструирования своего компьютера, но привез горстку мыслей, которые добавил в ту корзину идей, которые он сознательно и полусознательно собирал во время поездок по конференциям, колледжам и выставкам. «Я приехал в Айову почти с той же целью, что и на Всемирную выставку и в другие места, — говорил он в своих свидетельских показаниях, — [посмотреть], было ли там то, что могло бы облегчить вычисления»[121].
Как и большинство людей, Мокли черпал информацию и идеи из опыта других людей, бесед с ними и наблюдений — в его случае в Суортморе, Дартмуте, в Bell Labs, RCA, на Всемирной выставке, в Университете Айовы и в других местах. И присоединял их к идеям, которые считал своими собственными. «Новая идея приходит внезапно и скорее интуитивным путем, — однажды сказал Эйнштейн, — но интуиция есть не что иное, как результат накопленного интеллектуального опыта». Когда люди извлекают ценную информацию и идеи из различных источников и собирают все это вместе, для них естественно думать, что результирующие идеи придуманы ими самостоятельно, и в действительности это так и есть. Все идеи рождаются именно так. Мокли считал, что его интуиция и мысли о том, как построить компьютер, были его собственными, а не украденными у других. И несмотря на более поздние юридические вердикты, он был в основном прав, насколько каждый может быть прав, утверждая, что его идеи являются его собственными. Именно так развивается творческий процесс, хотя, возможно, патентное законодательство говорит об ином.
В отличие от Атанасова Мокли мог и любил работать в команде, состоящей из разных талантливых людей. В результате Мокли и его команда вошли в историю как изобретатели первого электронного компьютера общего назначения.
Когда Мокли готовился покинуть Айову, он получил хорошие новости. Он был приглашен в Университет Пенсильвании пройти курс электроники — множество таких курсов, финансируемых в приоритетном порядке военным министерством США, было организовано по всей стране. Это был шанс узнать больше об использовании электронных ламп в электронных схемах, которые, как он теперь был убежден, лучше всего подходили для создания компьютеров. Это иллюстрирует важную роль военного ведомства в эпоху цифровых технологий, всячески стимулировавшего инновации.
Во время этого десятинедельного курса летом 1941 года Мокли получил возможность работать с одной из версий дифференциального анализатора, принадлежащего МТИ, — аналоговым компьютером, разработанным Вэниваром Бушем. Это не только усилило его желание создать свой собственный компьютер, он понял, что ресурсов для его изготовления в таком месте, как Университет Пенсильвании, было намного больше, чем в Урсинус-колледже. Так что когда в конце лета ему было предложено место преподавателя этого университета, он с благодарностью согласился.
Мокли написал о новостях Атанасову. В письме содержались намеки на план действий, который расстроил профессора из Айовы. «Мне недавно пришло в голову несколько разных идей относительно компьютерных схем — некоторые из них являются более или менее гибридными, сочетающими ваши методы с другими, а некоторые из них не имеют ничего общего с вашей машиной, — написал Мокли вполне правдиво. — Вопрос, на мой взгляд, заключается в следующем: есть ли возражения с вашей стороны против строительства мной некоего компьютера, который включает в себя некоторые идеи вашей машины?»[122] По этому письму, последовавшим разъяснениям и показаниям в будущем судебном процессе трудно понять, был ли невинный тон Мокли искренним или притворным.
В любом случае письмо расстроило Атанасова, которому до тех пор не удалось заставить университетского юриста подать какую-либо патентную заявку. Через несколько дней он ответил Мокли довольно резко: «Наш юрист подчеркнул необходимость быть осторожным в распространении информации о нашем устройстве, пока заявка на патент не подана. Это не потребует слишком много времени, и, конечно же, у меня нет сожалений по поводу того, что я рассказал вам о нашем устройстве, но нужно, чтобы на данный момент мы воздержались от обнародования каких-либо подробностей»[123]. Поразительно, но этот обмен письмами еще не заставил ни Атанасова, ни патентного адвоката поспешить с подачей патентной заявки.
В течение той осени 1941 года Мокли доделывал свою версию компьютера, в котором, как он правильно считал, содержались идеи, почерпнутые во множестве разных источников, и который очень отличался от того, что построил Атанасов. Летом, когда он проходил курс по электронике, Мокли встретил замечательного партнера, который подключился к его работе. Это был аспирант, перфекционист, страстно любивший точные технологии, который знал так много об электронике, что был консультантом Мокли на лабораторных занятиях, хотя и был на двенадцать лет его младше (тогда ему было двадцать два) и еще не имел докторской степени.
Дж. Преспер Эккерт
Джон Адам Преспер Эккерт-младший, который в формальной обстановке назывался Дж. Преспером Эккертом, а в неформальной — Пресом, был единственным ребенком в семье миллионера, занимавшегося недвижимостью в Филадельфии[124]. Один из его прапрадедов Томас Миллс изобрел машину, которая изготавливала знаменитые ириски salt water taffy в Атлантик-Сити, и, что важно, создал фирму, которая производила и продавала их. Эккерт ходил в частную школу имени Уильяма Пенна, основанную в 1689 году. Его школьные успехи объяснялись не положением его семьи, а его собственными талантами. В двенадцать лет он стал победителем общегородской научной выставки-ярмарки, собрав систему наведения для моделей лодок, состоящую из магнитов и реостатов, а в четырнадцать лет разработал оригинальный способ замены капризных аккумуляторов, которые применялись в системе внутренней телефонной связи в одном из зданий отца, на устройства, работающие от обычной электрической сети[125].
В старших классах школы Эккерт поражал одноклассников своими изобретениями и даже зарабатывал, собирая радиоприемники, усилители и аудиосистемы. Филадельфия, город Бенджамина Франклина, была тогда крупным центром электроники, и Эккерт проводил время в исследовательской лаборатории Фило Фарнсуорта — одного из изобретателей телевидения. Хотя он был принят в Массачусетский технологический институт и собирался там учиться, родители не захотели его отпустить. Они сделали вид, что понесли финансовые убытки из-за депрессии, надавили на него и уговорили учиться в Пенсильвании и жить дома. Они хотели, чтобы он изучал бизнес, однако он взбунтовался и поступил в университетскую электротехническую школу Мура, поскольку электротехника его интересовала больше.
Публичный триумф Эккерта в Пенсильвании состоялся, когда он сделал устройство, названное им Osculometer — измеритель страстности поцелуя (от латинского слова osculum — поцелуй), который должен был показывать уровень страсти и романтичной заряженности поцелуя. Пара бралась за ручки устройства и начинала целоваться, их губы входили в контакт и замыкали электрическую цепь, в результате чего зажигалось несколько ламп. Нужно было поцеловаться достаточно страстно, чтобы засветились все десять ламп, и тогда начинала выть сирена. Смышленые участники догадались, что влажные губы и потные ладони уменьшают сопротивление в цепи[126]. Эккерт также изобрел устройство, которое использовало метод световой модуляции для записи звука на кинопленку, и это устройство он успешно запатентовал, когда ему исполнился двадцать один год, а он был все еще студентом старшего курса[127].
У Преса Эккерта были свои причуды. В нем бурлила энергия, когда он думал, то расхаживал туда-сюда, кружился по комнате, грыз ногти, а иногда даже влезал на стол. Он носил цепочку от часов, на которой не было часов и которую он вертел в руках, как четки. У него был вспыльчивый характер, но вспышки гнева растворялись в море его обаяния. Перфекционизм он унаследовал от отца, который ходил по строительным площадкам, нося с собой большой набор цветных мелков, и набрасывал ими закорючки-инструкции, причем каждый цвет обозначал определенного работника, ответственного за данное дело. «Он был своего рода перфекционистом и проверял, все ли сделано правильно, — рассказывал его сын. — Но на самом деле он был страшно обаятельным. Чаще всего его задания выполняли люди, которым хотелось их выполнять». Инженер до мозга костей, Эккерт чувствовал, что такие люди, как он сам, были необходимы таким физикам, как Мокли. «Физик — это тот, кто занят поиском истины, — сказал он позднее, — а инженер — это тот, кто озабочен тем, чтобы было сделано дело»[128].
ENIAC
Война стимулирует развитие науки. На протяжении веков, и когда древние греки построили катапульту, и когда Леонардо да Винчи служил военным инженером у Чезаре Борджиа, военные задачи способствовали развитию технологий, и это особенно ярко проявилось в середине ХХ века. Многие из главных технологических прорывов этого периода — компьютеры, высвобожденная атомная энергия, радиолокация и интернет — возникли вследствие решения военных задач.
США вступили во Вторую мировую войну в декабре 1941 года, что послужило толчком для принятия решения о финансировании машины, сконструированной Мокли и Эккертом. Университету Пенсильвании и Абердинскому военному испытательному полигону было поручено составить справочник по выставлению углов при стрельбах из артиллерийских пушек, поставляемых в Европу. Для того чтобы прицельно стрелять из пушки, требовались баллистические таблицы, в которых были бы учтены сотни условий, в том числе температура, влажность, скорость ветра, высота и сорт пороха.
Создание таблицы только для одного вида артиллерийских зарядов, выпускаемых из одной пушки, потребовало бы вычисления трех тысяч траекторий с помощью системы дифференциальных уравнений. Эти вычисления часто проводились с помощью одного из дифференциальных анализаторов, сконструированных в Массачусетском технологическом институте Вэниваром Бушем. Расчеты на анализаторе требовали дополнительных расчетов вручную, чем и занимались более 170 человек, большинство из которых были женщинами. Их называли «расчетчиками», и они сражались с уравнениями, стуча по клавишам и крутя ручки настольных арифмометров. Лучших женщин-математиков собирали по всей стране. Но несмотря на все эти усилия, потребовалось более месяца, чтобы составить только одну таблицу траекторий стрельб. К лету 1942 года стало ясно, что с каждой неделей составление таблиц все больше отстает и это обесценивает некоторые виды поставляемой США артиллерийской техники.
В августе Мокли предложил способ помочь армии решить эту проблему, увеличив скорость расчетов. В своей докладной записке, названной «Использование высокоскоростных ламповых устройств для расчетов», он просил профинансировать создание машины, которую они с Эккертом спроектировали: цифровой электронной вычислительной машины, использующей схемы на электронных лампах, которая могла бы решать дифференциальные уравнения и выполнять другие математические задачи. Он писал: «Если использовать устройства, в которых применяются электронные компоненты, можно получить огромный выигрыш в скорости расчета». Он даже подсчитал, что траектория снаряда могла бы быть рассчитана за «100 секунд»[129].
Докладная записка Мокли была проигнорирована деканами Пенна, но ее довели до сведения офицера, прикомандированного к университету, — лейтенанта (вскоре ставшего капитаном) Германа Голдстайна, двадцатидевятилетнего профессора математики из Университета Мичигана. Его задача состояла в том, чтобы ускорить составление баллистических таблиц, и в какой-то момент он отправил свою жену Адель, также математика, в поездку через всю страну, чтобы набрать больше женщин в батальоны «расчетчиков» Пенна. Записка Мокли убедила его, что для этого есть лучший способ.
Решение военного министерства США профинансировать строительство электронного компьютера состоялось 9 апреля 1943 года. Накануне Мокли и Эккерт не спали всю ночь, работая над своим предложением, но так и не закончили его к тому моменту, когда нужно было садиться в автомобиль, который должен был за два часа доставить их из Пенна на полигон в Абердине (штат Мэриленд), где собрались чиновники отдела вооружений. Поскольку за рулем был лейтенант Голдстайн, они сидели на заднем сиденье и писали недописанные разделы, и они продолжили работать в маленькой комнате, даже когда прибыли в Абердин, а Голдстайн в это время пошел на совещание. Оно прошло под председательством Освальда Веблена, президента Института перспективных исследований в Принстоне, который консультировал военных по математическим проектам. Там присутствовал и полковник Лесли Саймон, директор баллистической научно-исследовательской лаборатории. Голдстайн вспоминал, как это происходило: «Веблен, послушав некоторое время мое выступление и качаясь на задних ножках своего стула, с грохотом опустил его, встал и сказал: „Саймон, дай Голдстайну деньги“. С этими словами он вышел из комнаты, и встреча закончилась на этой радостной ноте»[130].
Мокли и Эккерт включили свою докладную записку в статью, которую они озаглавили «Отчет об электронном дифф. анализаторе». Использование сокращения «дифф.» (diff.) имело двойной смысл — оно обозначало и разности (differences), которые отражали цифровой характер предлагаемой машины, и дифференциальные (differential) уравнения, которые предполагалось решать. Вскоре ей было дано более запоминающееся имя: ENIAC, что в переводе означает «электронный цифровой интегратор и компьютер». Несмотря на то, что ENIAC был разработан в первую очередь для решения дифференциальных уравнений, которые являются ключевыми в расчетах траекторий снарядов, Мокли написал в статье, что он может быть дополнен «программатором» и это позволит ему решать другие задачи, что сделает его компьютером более общего назначения[131].
Строительство ENIAC началось в июне 1943 года. Мокли, который продолжал вести преподавательскую работу, работал в качестве консультанта и стратега. Голдстайн, как представитель военных, руководил производственным процессом и бюджетом. А Эккерт, с его страстью к деталям и перфекционизму, был главным инженером. Эккерт настолько погрузился в проект, что иногда оставался спать рядом с машиной. Однажды два инженера в шутку осторожно перенесли его раскладушку в такую же комнату этажом выше, и когда он проснулся, то на какое-то мгновение испугался, что машину украли[132].
Зная, что и величайшие идеи мало чего стоят без точного воплощения (урок, который усвоил Атанасов), Эккерт взял на себя каждодневное управление процессом сборки. Он носился между инженерами и указывал им, где припаять соединение или закрутить проволоку. Сам он рассказывал: «Я контролировал работу каждого инженера и проверял расчет каждого резистора в машине, чтобы убедиться, что все сделано правильно». Он презирал тех, кто отмахивался от скучных дел. «Жизнь состоит из целого набора мелочей, — сказал он однажды. — Безусловно, компьютер есть не что иное, как огромный набор тривиальных вещей»[133].
Эккерт и Мокли дополняли друг друга, и подобные дуэты, которые обеспечивали два центра управления, были характерны для цифровой эры. Эккерт допекал исполнителей своим педантизмом, Мокли же, как правило, успокаивал их, давал им почувствовать свою ценность. «Он всегда шутил с людьми, — вспоминал Эккерт, — он умел обаять». Эккерт, чьи технические таланты сочетались с нервозностью и неожиданными приступами рассеянности, очень нуждался в интеллектуальном собеседнике, и Мокли нравилась эта роль. Хотя Мокли и не был инженером, он умел так увязать научные теории с инженерными практическими вопросами, что это вдохновляло Эккерта. Позже он признался: «Мы сделали это вместе, и я не думаю, что кто-то из нас сделал бы это в одиночку»[134].
ENIAC был цифровой машиной, но вместо двоичной системы, которая использовала только 0 и 1, ее счетчики были рассчитаны на десятичную систему. В этом смысле она была не похожа на современный компьютер. Но в остальном она была более продвинутой, чем машины, построенные Атанасовым, Цузе, Айкеном и Стибицем. В ней была заложена возможность так называемого условного ветвления (описанного Адой Лавлейс веком ранее), то есть возможности переходов в программе, зависящих от промежуточных результатов, и она могла повторять блоки команд (подпрограммы), что позволяло выполнять общие задачи. Эккерт объяснял: «У нас была возможность включать в программы подпрограммы и подпрограммы подпрограмм». Он вспоминал, что, когда Мокли предложил заложить эту функцию в машину, он «сразу понял, что это идея, которая станет ключевой для всей конструкции»[135].
Через год после начала строительства, примерно во время операции D-Day[136] — в июне 1944 года, Мокли и Эккерт уже смогли проверить первые два компонента, составляющие примерно одну шестую часть всего запланированного в машине. Они начали с простой задачи умножения, и когда машина выдала правильный ответ, они восторженно закричали. Но для того чтобы привести ENIAC полностью в рабочее состояние, потребовалось больше года — они закончили в ноябре 1945 года. К этому моменту машина была в состоянии выполнять пять тысяч сложений и вычитаний в секунду, то есть в сто с лишним раз быстрее, чем любая предыдущая машина. Машина была примерно 30 метров в длину и около 2,5 метра в высоту, она весила около тридцати тонн и включала в себя 17 468 электронных ламп. Для сравнения: компьютер Атанасова — Берри, в то время томившийся в подвале Университета Айовы, был размером с письменный стол, в нем было только триста ламп, и он мог выполнять только тридцать сложений или вычитаний в секунду.