Опираясь на опыт проводников в поездах, пробивающих отверстия в различных местах билета, отвечающих за определенные характерные черты каждого пассажира (пол, приблизительный рост, возраст, цвет волос), Холлерит разработал перфокарты с двенадцатью рядами и двадцатью четырьмя столбцами, в которых записывались основные признаки каждого переписываемого человека. Карты укладывались между матрицей из ртутных чашек и набором иголочек на пружинках, и там, где было отверстие, иголочки опускались в чашки, замыкая электрическую цепь. Машина могла высчитывать не только общие итоговые показатели, но и количество людей с определенной комбинацией признаков, например женатых мужчин или женщин, родившихся за границей. Благодаря табуляторам Холлерита, обработка переписи 1890 года была завершена в течение одного года. Это был первый крупный случай использования электросхем для обработки информации, а компания, основанная Холлеритом, после серии слияний и поглощений стала в 1924 году называться корпорацией International Business Machines или IBM.
Иногда инновации рассматривают как накопление сотен маленьких достижений, таких как счетчики и устройства считывания перфокарт. В таких местах, как IBM, которые нацелены на повседневные улучшения, производимые командой инженеров, лучше всего удается понять, как на самом деле возникают инновации. Некоторые из наиболее важных технологий нашей эры, таких как технология для фрекинга[61], созданная в последние шесть десятилетий для добычи природного газа, возникли и благодаря бесчисленным мелким инновациям, но также и благодаря нескольким прорывным идеям.
В случае с компьютерами тоже было много сделано подобных мелких шагов, с помощью которых безымянные инженеры из таких фирм, как IBM, продвинули вперед технологию. Но этого было недостаточно. Хотя машины, производимые корпорацией IBM в начале ХХ века, могли компилировать данные, они не являлись в полном смысле тем, что мы назвали бы компьютером. Они даже не были особо эффективными калькуляторами. Они все-таки были недоделанными устройствами. Кроме сотен мелких достижений, для рождения компьютерной эры потребовалось и несколько крупных прорывов, совершенных гениями-творцами.
Цифровое побеждает аналоговое
Машины, разработанные Холлеритом и Бэббиджем, были цифровыми, а значит, они были рассчитаны на использование цифр — различных дискретных целых чисел, таких как о, 1, 2, 3. В их машинах сложение и вычитание целых чисел происходило при помощи шестеренок и колесиков, одним поворотом которых вводилась только одна цифра, как в счетчиках. Другой подход к вычислениям состоял в том, чтобы создавать устройства, которые могут имитировать или моделировать физические явления, а потом проводить измерения на аналоговой модели для расчета требуемых результатов. Эти машины стали называться аналоговыми компьютерами, поскольку они работали по аналогии. Для расчетов в аналоговых компьютерах использовались не дискретные числа, а непрерывные функции. В аналоговых вычислительных машинах переменная величина, такая как электрическое напряжение, положение веревки на шкиве, гидравлическое давление или измерение расстояния используется в качестве аналога соответствующих величин в задаче, которую предстоит решить. Логарифмическая линейка является аналоговым устройством, а счеты — цифровым. Часы со стрелками — аналоговые, а те, в которых на циферблатах отображаются цифры, — цифровые.
Примерно в то время, когда Холлерит строил свой цифровой табулятор, лорд Кельвин и его брат Джеймс Томсон — два самых выдающихся английских ученых — создавали аналоговую машину. Она разрабатывалась для того, чтобы справиться с трудоемкими решениями дифференциальных уравнений, нужных для создания графиков приливов и таблиц углов наводки при стрельбах, которые позволили бы просчитывать различные траектории полета артиллерийских снарядов. Начиная с 1870-х годов братья разрабатывали систему, которая была основана на планиметре — инструменте, который может измерять площадь двумерной фигуры неправильной формы, например площадь фигуры, ограниченной замкнутой кривой, нарисованной на листе бумаги. Для расчета площади нужно вести по контуру кривой устройством, включающим в себя диск, цилиндр и сферу: вращение большого диска передается цилиндру посредством маленькой сферы, прижатой одновременно к его поверхности и к цилиндру[62]. Рассчитав площадь под кривой таким образом, можно получить решение уравнения интегрированием, другими словами, выполнить основную задачу исчисления. Кельвин и его брат смогли использовать этот метод, чтобы создать «синтезатор гармоник», который мог за четыре часа составить годовой график приливов и отливов. Но им не удалось преодолеть механические трудности и соединить несколько таких устройств, чтобы решать уравнения с большим количеством переменных.
Задача по соединению друг с другом нескольких интеграторов не была решена до 1931 года, когда профессор Массачусетского технологического института Вэнивар (имя Vannivar рифмуется со словом beaver — бобер) Буш (запомните это имя, его носитель является ключевым персонажем этой книги) сумел построить первый в мире аналоговый электромеханический компьютер. Он назвал свою машину дифференциальным анализатором. Она состояла из шести колесно-дисковых интеграторов, не слишком сильно отличавшихся от интеграторов лорда Кельвина, которые были связаны между собой посредством набора шестеренок, шкивов, валов, вращавшихся с помощью электродвигателей. Бушу помогло то, что он работал в Массачусетском технологическом институте, где вокруг было много специалистов, которые умели собирать и вытачивать сложные детали с большой точностью. В окончательном виде машина, которая была размером с небольшую спальню, могла решать уравнения с огромным числом (до восемнадцати) независимых переменных. В течение следующего десятилетия модификации дифференциального анализатора Буша были собраны в США: на Абердинском испытательном полигоне ВМС штата Мэриленд, в электротехнической школе Мура, в Университете Пенсильвании, а также в Манчестерском и Кембриджском университетах в Англии. Они оказались особенно полезными при составлении таблиц для артиллерийских стрельб, но главное — на них воспитывалось и обучалось новое поколение первооткрывателей компьютеров.
Машине Буша, однако, не суждено было стать важным шагом вперед в истории развития компьютеров, поскольку она была аналоговым устройством. На самом деле она оказалась последним образчиком аналогового компьютера, по крайней мере, в течение многих последующих десятилетий других не было предложено.
