Во времена компьютера EDVAC было нецелесообразно создавать из вакуумных ламп память большого объема. Вместо этого было предложено несколько весьма странных решений. Среди успешных было использование памяти с ртутной линией задержки, в которой применялись пятифутовые трубки с ртутью. С одного конца трубки с интервалом около одной микросекунды в ртуть посылались слабые импульсы. За одну миллисекунду они достигали другого конца трубки, где детектировались как звуковые волны и отправлялись обратно. Таким образом, каждая трубка с ртутью могла хранить около 1024 бит информации.
Только в середине 1950-х годов была разработана память, состоявшая из больших массивов маленьких намагниченных металлических колец, через которые проходили провода. Каждое такое кольцо могло хранить один бит информации.
Джон фон Нейман был не единственным человеком, который размышлял о природе компьютеров в 1940-х годах.
Клод Шеннон также был влиятельным мыслителем. В главе 11 я обсуждал его магистерскую диссертацию 1938 года, в которой была установлена взаимосвязь между переключателями, реле и булевой алгеброй. В 1948 году, работая в Bell Telephone Laboratories, он опубликовал в Bell System Technical Journal статью «Математическая теория связи», где не только впервые употребил в печати слово «бит», но и заложил основы раздела науки, известной сегодня как теория информации.
Теория информации изучает возможность передачи цифровой информации при наличии шума (который обычно препятствует передаче всей информации), а также способы его компенсации. В 1949 году Шеннон написал первую статью о программировании компьютера для игры в шахматы, а в 1952 году разработал механическую мышь, управляемую реле, которая могла находить выход из лабиринта. Помимо всего прочего, в Bell Labs Шеннон был хорошо известен еще и своим умением ездить на одноколесном велосипеде, при этом жонглируя.
Норберт Винер (1894–1964), который в возрасте 18 лет в Гарварде получил степень доктора философии по математике, наиболее известен благодаря своей книге «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» (1948). Винер придумал название «кибернетика» (от греческого «кормчий») для теории о взаимосвязи биологических процессов в людях и животных с механикой компьютеров и роботов. В поп-культуре вездесущая приставка «кибер-» теперь обозначает все, что имеет отношение к компьютерам. В частности, миллионы связанных через интернет компьютеров называются киберпространством. Это слово было придумано писателем Уильямом Гибсоном и появилось в романе 1984 года «Нейромант», написанном в жанре киберпанка.
В 1948 году компания Eckert-Mauchly Computer Corporation (позднее вошедшая в Remington Rand) начала работу над тем, чему предстояло стать первым доступным широкой аудитории компьютером, — UNIVAC (Universal Automatic Computer, универсальный автоматический компьютер). Он был закончен в 1951 году, а первый экземпляр был доставлен в Бюро переписи населения. Компьютер UNIVAC дебютировал в эфире канала CBS, где использовался для прогнозирования результатов президентских выборов 1952 года. Уолтер Кронкайт называл его электронным мозгом. В 1952 году компания IBM объявила о выпуске первой коммерческой компьютерной системы — 701.
Так началась долгая история использования компьютеров корпорациями и правительством. Какой бы интересной ни была эта история, сейчас мы перейдем к обсуждению другой тенденции, зародившейся в 1947 году, которая позволила уменьшить стоимость и размер компьютеров, превратив их в бытовую технику. Этот прорыв в области электроники едва не остался незамеченным.
Корпорация Bell Telephone Laboratories на протяжении многих лет была местом, где умные люди имели возможность работать практически над любым интересовавшим их проектом. К счастью, некоторые из них увлекались компьютерами. Я уже упоминал Джорджа Стибица и Клода Шеннона, которые внесли значительный вклад в развитие вычислительной техники, работая в Bell Labs. Позднее, в 1970-х годах, в Bell Labs была разработана компьютерная операционная система Unix и язык программирования C, о которых расскажу позднее.
Корпорация Bell Labs возникла 1 января 1925 года, когда компания American Telephone and Telegraph официально отделила свои научные и технические исследовательские подразделения от остальной части бизнеса, создав дочернее предприятие. Основная цель Bell Labs заключалась в разработке технологий для улучшения работы телефонной системы. К счастью, это поручение было достаточно туманным и предполагало всевозможные направления исследований, в том числе очевидную и не теряющую своей актуальности задачу, связанную с усилением передаваемого по проводам звукового сигнала без его искажения.
Начиная с 1912 года компания Bell System работала над ламповыми усилителями. Значительная часть исследований и разработок была направлена на усовершенствование вакуумных ламп с целью их использования в телефонной системе. Несмотря на проделанную работу, вакуумные лампы по-прежнему оставляли желать лучшего. Они были большими, потребляли много электроэнергии и со временем перегорали. Однако у них не было альтернативы.
Все изменилось 16 декабря 1947 года, когда два физика из Bell Labs, Джон Бардин (1908–1991) и Уолтер Браттейн (1902–1987), собрали усилитель другого типа из германиевой пластины — элемента, известного как полупроводник, — и полоски золотой фольги. Через неделю они продемонстрировали усилитель своему шефу Уильяму Шокли (1910–1989). Это был первый транзистор, устройство, которое некоторые считают самым важным изобретением XX века.
Транзистор появился не на пустом месте. За восемь лет до этого, 29 декабря 1939 года, Шокли написал в своей записной книжке: «Сегодня мне пришло в голову, что в принципе можно создать усилитель, использующий вместо вакуумных ламп полупроводники». После демонстрации первого транзистора много лет ушло на его доработку. Только в 1956 году Шокли, Бардин и Браттейн получили Нобелевскую премию по физике «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».
Как вы помните, электроны в атоме распределены по оболочкам, окружающим ядро. Медь, золото и серебро характеризуются наличием только одного электрона на внешней оболочке их атомов. Этот электрон легко может оторваться от остальной части атома и двигаться, создавая электрический ток. Противоположностью проводников являются изоляторы, например резина и пластик, которые практически не проводят электричество.
Германий и кремний (а также некоторые соединения) называются полупроводниками не потому, что они проводят электричество в два раза хуже, чем проводники, а потому, что их проводимостью можно управлять различными способами. Полупроводники имеют четыре электрона на внешней оболочке атома, что составляет половину от их максимально возможного количества. В чистом полупроводнике атомы образуют очень устойчивые связи, создавая кристаллическую решетку, подобную кристаллической решетке алмаза. Такие полупроводники проводят электричество не очень хорошо.
Однако полупроводники можно легировать, то есть добавить в них некоторые примеси. Один тип примесей добавляет дополнительные электроны к тем, которые необходимы для создания связи между атомами. Они называются полупроводниками n-типа (n — от английского negative — «отрицательный»). В результате добавления другого типа примесей получается полупроводник p-типа (p — от positive — «положительный»).
