Одной из важных задач Bell Labs было найти способ усиливать передаваемые на большие расстояния телефонные сигналы и при этом отфильтровывать постоянный фон. У инженеров были формулы, в которые входили амплитуды и фазы сигнала, и в решения этих уравнений иногда входили комплексные числа (включающие мнимую часть, пропорциональную квадратному корню из —1). Руководитель Стибица спросил его, сможет ли машина оперировать комплексными числами. Когда он ответил, что это возможно, руководитель одобрил идею и дал ему в помощь группу для строительства такой машины. Машину назвали калькулятором комплексных чисел, и ее создание было завершено в 1939 году. В ней было более четырехсот реле, каждое из которых могло включаться и выключаться двадцать раз в секунду. Это сделало ее потрясающе быстродействующей по сравнению с механическими калькуляторами и мучительно медлительной по сравнению со схемами, собранными полностью из электронных ламп, которые как раз в то время изобрели. Компьютер Стибица не был программируемым, но он показал, что схемы на реле могут обращаться с бинарной математикой, обрабатывать информацию и выполнять логические операции[80].
Говард Айкен
А в это же время в 1937-м аспирант из Гарварда по имени Говард Айкен пытался сделать утомительные расчеты для своей диссертации по физике, используя арифмометр. Когда он стал уговаривать университет построить более сложный компьютер для ускорения работы, декан его факультета вспомнил, что на чердаке научного центра Гарвардского университета валялись какие-то медные колесики, оставшиеся от устройства вековой давности, похожие на то, о чем говорил Айкен. Когда Айкен обследовал чердак, он нашел одну из шести демонстрационных моделей разностной машины Чарльза Бэббиджа, которую в нескольких экземплярах изготовил сын Бэббиджа Генри. Айкен пришел в восторг от идей Бэббиджа и перенес набор медных колесиков в свой кабинет. «У нас было два колесика Бэббиджа, — вспоминал он, — это были колеса, которые я позже вмонтировал в корпус своего компьютера»[81].
Той осенью, как раз когда Стибиц готовил свою демонстрационную кухонную модель, Айкен написал двадцатидвухстраничную служебную записку своим гарвардским руководителям и специалистам из IBM, пытаясь их уговорить профинансировать современную версию цифровой машины Бэббиджа. Его записка начиналась словами: «Желание сэкономить время и умственные усилия при арифметических вычислениях, а также устранить ошибки, к которым склонен человек, вероятно, так же старо, как сама наука арифметика»[82].
Айкен вырос в штате Индиана, и детство у него было трудное. Как-то раз, когда ему было двенадцать лет, ему пришлось кочергой защищать мать от пьяного отца, который потом бросил семью. Поэтому юный Говард был вынужден уйти из школы в девятом классе — нужно было зарабатывать. Сначала он устроился телефонным мастером, затем нашел ночную работу в местной энергетической компании, а днем посещал технический колледж. Он своими руками добился успеха, но у него испортился характер. С подчиненными он вел себя как надсмотрщик, позволяющий себе не сдерживаться. Про него говорили, что он похож на надвигающуюся грозу[83].
В Гарварде мнения по поводу создания предлагаемой Айкеном вычислительной машины разошлись. В вопросе о предоставлении ему постоянной должности профессора также не было единства, поскольку его деятельность, казалось, больше относилась к области технологии, чем науки. (У некоторой части преподавательского сообщества Гарварда считалось оскорбительным называть кого-то практиком, а не ученым.) Но Айкена поддержал президент университета — Джеймс Брайант Конант, которому, как председателю Национального исследовательского комитета обороны США, хотелось продемонстрировать, что Гарвард участвует и в научных, и в промышленных, и в военных разработках. Сотрудники физического факультета, однако, были большими пуристами, чем президент. Декан факультета в декабре 1939 года написал Конанту, что машину «можно создать, если найдутся деньги, но это не более важная задача, чем многие другие», а факультетский комитет заявил относительно Айкена: «Ему нужно дать понять, что подобная деятельность не увеличит его шансы на соискание профессорского звания». В конце концов Конант одержал верх и дал указание Айкену заниматься машиной[84].
В апреле 1941 года, когда по чертежам Айкена в лаборатории IBM в Эндикотте (штат Нью-Йорк) был создан компьютер Mark I, Айкен покинул Гарвард и отправился служить в ВМС США. Два года он преподавал в Военно-морской военной минной школе в штате Вирджиния в звании капитан-лейтенанта. Один коллега описал его как «вооруженного до зубов формулами длиной с комнату и теориями» гарвардского ученого, который напоролся «на ораву южан-тупиц», ни один из которых «не имел понятия об исчислении»[85]. Большую часть времени он проводил в раздумьях о машине Mark I и иногда надевал парадную военную форму и отправлялся в Эндикотт[86].
Служба дала ему одно важное преимущество: в начале 1944 года, когда IBM собиралась отправить готовый Mark I в Гарвард, Айкен смог убедить командование ВМС принять машину на свой баланс и назначить его ответственным за нее. Это помогло ему обойти академическую бюрократию Гарварда, которая все еще упрямо не хотела предоставлять ему постоянную ставку профессора. Гарвардская расчетная лаборатория стала на время военным объектом, и все сотрудники Айкена были военнослужащими ВМС, носившими на работе форму. Он называл их своим «экипажем», они называли его «командиром».
В конструкции Mark I позаимствовано много идей у машины Бэббиджа. Он тоже был цифровым, хотя и не двоичным, его колесики имели десять позиций. Вдоль его пятнадцатиметрового вала располагалось семьдесят два счетчика, которые могли запоминать числа длиной до двадцати трех разрядов, в окончательном виде он весил пять тонн, имел примерно двадцать пять метров в длину и семнадцать в ширину. Вал и другие движущиеся части поворачивались с помощью электрических двигателей. Но он был медлительным. Вместо электромагнитных реле в нем использовались механические, которые открывались и закрывались с помощью электрических моторчиков, и это означало, что требовалось около шести секунд, чтобы проделать операцию умножения. Для сравнения, в машине Стибица для этого требовалась одна секунда. Mark I, однако, обладал одной замечательной особенностью, которая станет одной из основных черт современных компьютеров: он был полностью автоматическим. Программы и данные вводились с помощью бумажной ленты, и она могла работать в течение нескольких дней без какого-либо участия человека. Это дало Айкену право провозгласить, что «мечта Бэббиджа сбылась»[87].
Конрад Цузе
Тем временем в 1937 году немецкий инженер дома собирал свою машину, и он опередил всех остальных изобретателей, хотя они и не подозревали об этом. Конрад Цузе заканчивал конструировать прототип двоичного калькулятора, который мог читать инструкции с перфоленты. Однако по крайней мере первая версия машины, названной им Zi, была не электрической и не электронной, а механической.
Как и многие инноваторы цифровой эры, Цузе с детства обожал и искусство, и технику. После окончания технического колледжа он получил работу инженера-прочниста в самолетостроительной компании в Берлине, и ему пришлось решать линейные уравнения, которые включали все виды нагрузки, силы и коэффициенты упругости. Даже при использовании механических калькуляторов одновременно решить больше шести линейных уравнений с шестью неизвестными менее чем за день человеку было почти невозможно. А если бы в уравнениях было двадцать пять переменных, это могло занять год. И потому Цузе, как и многие другие, загорелся идеей механизировать утомительный процесс решения математических уравнений. Он превратил гостиную своих родителей в квартире, расположенной вблизи берлинского аэропорта Темпельхоф, в мастерскую[88].
В первой версии машины Цузе двоичные числа запоминались с помощью тонких металлических пластин с штырьками и прорезями, которые он и его друзья делали ножовкой. Сначала данные и программы вводились с помощью перфолент, но вскоре он перешел на использованную 35-миллиметровую кинопленку, которая оказалась не только прочнее, но и дешевле. Его компьютер Zi был завершен в 1938 году, и он смог справляться с несколькими проблемами, хотя и работал не очень надежно, поскольку все его компоненты были сделаны вручную и часто давали сбои. К сожалению, Цузе работал в условиях, непохожих на условия в Bell Labs, он не мог работать рука об руку с инженерами.