50 лет первому микрокомпьютеру: Mark-8 и атака клонов Mark-I
Ровно полвека назад, в 1974 году, на базе первого в мире 8-битного микропроцессора Intel 8008 был разработан первый микрокомпьютер Mark-8. Его создал Джонатан Титус, химик-аспирант в Virginia Tech. Рассказываем об этой разработке и других «Марках» из седой древности —, а также почему они все назывались почти одинаково.
Некоторое время Титус не мог найти площадку для того, чтобы рассказать миру о своей разработке. Журнал Popular Electronics отказал ему в публикации, а вот Radio-Electronics заинтересовались — что и привело к легендарному теперь номеру за июль 1974 года, на обложке которого красовался Mark-8:
Интересно, что Mark-8 по сути предлагался в качестве конструктора «собери сам» (современные любители самостоятельно собирать ПК оценят). Всего за 5 долларов (примерно $30 на сегодня) Radio-Electronics высылала брошюру с инструкциями по сборке и макетами печатных плат. Заказать саму плату можно было отдельно за $50 (нынешние $300), остальные детали приходилось добывать в других местах — должно быть, без интернета это было весьма увлекательное приключение!
Интересна также диспропорция между теми, кто заинтересовался, и теми, кто реально собрал компьютер: брошюр было продано несколько тысяч, а вот печатных плат всего порядка сто штук. В итоге получилось как с известным афоризмом про первый альбом группы The Velvet Underground — «продали мало пластинок, но каждый, кто ее купил, создал собственную рок-группу».
Mark-8, модель для сборки
Mark-8 значительно повлиял на дальнейшее развитие индустрии: интерес со стороны публики заставил журнал Popular Electronics, отказавший Титусу в публикации, задуматься в этом направлении. Всего через полгода, в январе 1975, они анонсировали Altair 8800, без зазрения совести назвав уже его «первым в мире миникомпьютером». Ну, а с «Альтаира» уже началась история, приведшая в итоге к современным гаджетам. Он стал «первой искрой, из которой разгорелся пожар микрокомпьютерной революции» (об этом на Хабре была отдельная прекрасная статья).
Обратите внимание, что как Mark-8, так и Altair 8800 презентовались как «Ваши персональные миникомпьютеры», слова микрокомпьютер (компьютер на базе микропроцессоров) еще в обиходе не было. Всего через шесть лет, с подачи IBM и уже без приставки это превратится в трейдмарк «IBM Personal Computer», а потом трансформируется просто в «Personal Computer», PC или ПК.
Что было дальше с Джонатаном Титусом, сделавшим свой скромный, но очень важный вклад в историю развития компьютеров? В следующие два года он сделал еще несколько экспериментальных компьютеров, все на базе микропроцессора Intel 8080 — Mark-80 в 1975 году и Dyna-Micro в 1976-м (его также осветили в сразу двух выпусках журнала Radio-Electronics). Впоследствии Титус «был автором или соавтором более десяти книг», в 2002-м получил премию имени Джорджа Р. Стибица как «первопроходец в области компьютеров и коммуникаций». Далее в новом веке его следы теряются.
В настоящее время микрокомпьютер Mark-8 Титуса занимает почетное место в экспозиции «Информационного века» Смитсоновского института.
А мы отправляемся назад в прошлое, чтобы узнать про других «Марков».
Mark-I в Гарвардском университете, 1944
А почему, собственно, Mark?
Между самыми первыми гигантскими компьютерами «Mark» и детищем Титуса совсем немного общего, их делали разные люди в разные десятилетия в рамках разных проектов. Так почему же «Mark»?
Этому вопросу была посвящена интересная интернет-дискуссия, в ходе которой выяснилось, что уже практически никто не помнит принципы именования разработок 80-летней давности (удивительно, правда?). И все же правду удалось установить, и она довольно проста.
Термин «Mark» (также иногда сокращенно Mk) в названиях первых компьютеров использовался в том же смысле, что и «версия». Судя по всему, это слово пришло из жаргона военных: логично, ведь первые «Марки» разрабатывались как раз под контролем армии во время Второй Мировой войны. Название компьютера — это первое слово в обозначении («Harvard», «Manchester», «Colossus»); затем следует версия — «Harvard Mark I» — это первый компьютер Гарварда, и так далее по такому принципу.
Какой-то более четкой исторически сложившейся системы тут нет: например, за «Manchester Mark I» (который в документах именовали, впрочем, Manchester Automatic Digital Machine) последовал не «Manchester Mark II», а «Ferranti Mark I».
«Mark I», фон Нейман и Бэббидж
Крестным отцом самого первого «Марка» был великий математик Джон фон Нейман. Урожденный Янош Лайош Нейман, в 23 года он защитил докторскую по математике, затем переехал из Венгрии в Берлин, а незадолго до прихода Гитлера к власти — эмигрировал в США.
В период Второй Мировой войны фон Нейман работал над Манхэттенским проектом и в 1944 году, ровно 80 лет назад, создал, скорее всего, самую первую программу для самого первого программируемого компьютера «Mark I» — чтобы рассчитать оптимальные параметры взрыва для будущей атомной бомбы, которую через год сбросили на Хиросиму. Позднее фон Нейман участвовал в составлении самого первого прогноза погоды на компьютере ENIAC и оставил много других достижений.
Джон фон Нейман, Роберт Оппенгеймер и MANIAC
Более подробно о жизни этого удивительного человека можно прочесть в книге Бенхамина Лабатута «MANIAC», русский перевод которой вышел в 2024 году. «Маньяк», кстати, это не только характеристика, которой часто награждали фон Неймана сослуживцы, но и придуманное им имя компьютера. «MANIAC I» в 1956-м, за год до смерти фон Неймана, стал первой машиной, которая смогла обыграть человека в шахматы (точнее, в их упрощенный вариант 6×6 и без слонов — для эмуляции полноценной доски даже такому гиганту еще не хватало памяти).
Возвращаясь к «Mark I», отметим занимательный факт — при его разработке использовались идеи британского изобретателя XIX века Чарльза Бэббиджа, который работал над проектами вычислительных машин вместе с Адой Лавлейс (дочерью Джорджа Байрона), первой женщиной-программистом. Из-за отсутствия финансирования и недоверия общества при жизни создателей работающая машина создана так и не была.
Уже после смерти Чарлза Бэббиджа его сын, Генри Бэббидж, продолжил начатое отцом дело. Центральный узел «аналитической машины» был построен в 1888 году, а полная действующая модель — только в 1906-м. Машина действительно работала, она могла производить полноценные математические вычисления и печатать результаты.
Аналитическая машина Бэббиджа
Бэббидж написал в 1864 году: «пройдет, вероятно, полстолетия, прежде чем люди убедятся, что без тех средств, которые я оставляю после себя, нельзя будет обойтись». Он почти угадал: «Mark I» построили ровно через 80 лет, в 1944-м (вот еще немного деталей об этом на Хабре).
В 1959-м «Mark I» разобрали на запчасти, которые частично передали IBM, а частично в Смитсоновский и Гарвардский музеи. В настоящее время (с 2021 года) фрагменты «Mark I» можно увидеть в новом научно-техническом комплексе Гарварда в Оллстоне, штат Массачусетс.
Ferranti Mark 1
Этот «Марк I» вышел в 1953 году (о предыстории разработки и достаточно эксцентричной семье его создателя Винсента Ферранти можно прочесть в этой статье на Хабре), причем в его основе лежал ЕЩЕ ОДИН «Марк I» — «Manchester Mark I». Кстати, последний в прессе продвигали как «электронный мозг», что, кажется, положило начало не утихающей до сих пор дискуссии о том, способны ли компьютеры «думать» как человек, и, если нет, смогут ли они это сделать в будущем.
Manchester Mark I
В архитектуре «манчестерского Марка» впервые в истории использовались индексные регистры (регистр процессора, используемый для автоматического изменения адреса операнда во время исполнения программы), которые значительно упрощали процесс последовательного чтения массива слов в памяти.
Все это сохранилось и в «Ferranti Mark 1», которому также увеличили основное и вторичное хранилища данных и добавили еще разных других усовершенствований.
А еще у него была очень клевая и футуристичная консоль
Еще пара занимательных фактов про шахматы и музыку:
Ferranti Mark I получил известность не только потому, что стал первым серийным коммерческим компьютером, но и потому, что стал первой серийной коммерческой ЭВМ, для которой была написана компьютерная игра. В ноябре 1951 года сотрудник Ferranti Дитрих Принц вдохновился шахматной программой Алана Тьюринга Turochamp, написанной им в 1948 году, и решил реализовать ее на Ferranti Mark I. К сожалению, вычислительные возможности британского компьютера оказались весьма ограничены, потому программа Принца не умела выполнять рокировку, в ней отсутствовал двойной ход пешкой, взятие на проходе и превращение пешки при ее попадании на последнюю горизонталь доски. Кроме того, она не различала пат и мат. Скромные ресурсы ЭВМ не позволяли также просчитать всю шахматную партию, поэтому программа Принца реализовывала стратегию мата в два хода. Она вычисляла все возможные ходы белых и черных (анализируя тысячи возможных вариантов), пока не выбирала наиболее оптимальный из них. «Обдумывание» хода компьютером занимало в среднем 10–15 минут.
Среди инструкций этого компьютера имелась команда «hoot», которая выдавала оператору звуковой сигнал — она использовалась для сигнализации о завершении операций. Высоту звука можно было менять произвольным образом. Воспользовавшись этим, учитель математики и друг Алана Тьюринга Кристофер Стрейчи запрограммировал на Ferranti Mark I несколько мелодий: «God Save the King», «Baa Baa Black Sheep», и «In the Mood». Это был не первый в истории случай воспроизведения музыки компьютером (первым официально зафиксированным случаем стало исполнение мелодии «Colonel Bogey» с использованием австралийского компьютера CSIRAC), но в конце 1951 года творчество Стрейчи записали в музыкальной студии BBC. Таким образом, Ferranti Mark 1 стал первым в истории компьютером, поучаствовавшим в студийной звукозаписи в качестве исполнителя.
Колосс
Еще один «Марк», «Colossus Mark I» появился в Британии почти одновременно с американским «Harvard Mark I». Его боевой задачей было дешифрование перехваченных немецких радиосообщений, зашифрованных с помощью машины «Лоренц».
Вся эта история тесно связана с судьбой гения Алана Тьюринга, о которой вы и так наверняка знаете.
Основными частями компьютера Colossus были:
Механизм для считывания символов с бумажной ленты, способный обрабатывать 5000 символов в секунду.
Блок, преобразовывающий считанную последовательность в электронную форму.
Пять параллельных вычислительных блоков, каждый из которых можно было запрограммировать на выполнение большого количества видов логических операций.
Пять счетчиков обработанных символов.
При этом Colossus не имел своей памяти для хранения программ и программировался через панель управления.
Вторая, улучшенная версия компьютера, которая называлась, как вы уже догадались, «Colossus Mark II», оспаривает у американского «Марка» звание первого в мире программируемого компьютера.
Правда, гарвардский «Mark I» был презентован как концепция еще в 1937 году.
Еще один Mark I?!
Да, еще один.
В этом случае, правда, он назывался капсом и с арабской цифрой — «MARK 1». Машина, которая презентовалась как «первый в мире нейрокомпьютер», была разработана в 1958 году Фрэнком Розенблаттом, младшим сыном в семье еврейских беженцев из Российской империи.
Презентация нового чуда техники прошла только в 1960 году, в Корнеллском университете, где Розенблатт преподавал весьма экзотический курс собственной разработки «Теория механизмов мозга».
Этот курс был невероятной смесью идей из огромного числа областей знания: результаты, полученные во время операций на мозге эпилептических больных, находящихся в сознании; эксперименты по изучению активности индивидуальных нейронов зрительной коры мозга кошек; работы по изучению нарушений протекания психических процессов в результате травм отдельных областей головного мозга, принципы работы различных аналоговых и цифровых электронных устройств, моделирующих детали поведения нейронных систем (как пример, сам перцептрон) и т. д.
Вообще Розенблатт был довольно интересным «ренессансным» типом ученого — его интересовало все: от того, каким образом крысы передают друг другу приобретенные навыки, до разработки моделей определения, а также есть ли у звезд планетные спутники. Еще он увлекался парусным спортом, что в итоге ученого и погубило: Розенблатт погиб в результате кораблекрушения в Чесапикском заливе 11 июля 1971 года, в свой 43-й день рождения.
У «MARK 1» была своя невероятная по тем временам фишка: он работал по математической модели перцептрона — дедушки нынешних нейросетей.
Схема устройства перцептрона
В ходе презентации своего детища в 1960 году Розенблатт продемонстрировал, что компьютер умеет распознавать буквы английского алфавита, совсем как живой человек. Разработчик надеялся, что с помощью перцептрона сможет «понять фундаментальные законы организации, общие для всех систем обработки информации, включая как машины, так и человеческий разум».
Идеи Розенблатта, однако, не получили дальнейшего развития при его жизни: в 1969 году бывший сокурсник Розенблатта Марвин Минский и Сеймур Паперт опубликовали книгу «Перцептроны», в которой раскритиковали способность этих систем к реальному обучению.
Их доказательства показались научному сообществу достаточно убедительными, чтобы исследования нейросетей были отложены и широко возобновились только в 1980-е —, а знакомые нам сегодня модели Deep Learning, с которыми часто ассоциируется «нейросети вообще», появились и вовсе только в начале 2010-х.
Розенблатт и его детище, 1958 год
Важно помнить о вкладе Розенблатта, поскольку его работы стали фундаментом для дальнейших исследований в области нейронных сетей. Несмотря на то, что первые попытки создания перцептронов столкнулись с ограничениями, они спровоцировали активное развитие теории и практики ИИ. Со временем ученые начали разрабатывать более сложные архитектуры, такие как многослойные перцептроны и сверточные нейронные сети, которые нашли широкое применение в современных технологиях: от распознавания изображений до обработки естественного языка.
Сегодня, когда искусственный интеллект стал неотъемлемой частью нашей жизни, важно помнить об истории его развития и тех пионерах, которые сделали первые шаги в этой области. Открытия Розенблатта и его предшественников напоминают нам о том, как далеко мы продвинулись и какие возможности еще ждут своего открытия. Их работа вдохновляет новое поколение исследователей, стремящихся использовать ИИ для решения актуальных задач и улучшения жизни людей.
(спасибо, нейросеть Chat GPT, далекий потомок перцептронов, которая написала предыдущие два абзаца! ты абсолютно права)
Заключение
За любым изобретением всегда стоит захватывающая человеческая история и обстоятельства (довольно часто драматические), при которых оно было создано. История развития компьютеров пришлась на XX век, самый сложный и богатый событиями за всю историю человечества. Поэтому ее бесконечно интересно изучать, открывая для себя все новые и новые факты.
И пусть компьютеры пока не научились по-настоящему думать, они уже очень хорошо умеют это имитировать. Посмотрим, что принесет нам будущее!
