Говард Эйкен

Говард Эйкен (англ. Howard Hathaway Aiken; 8 марта 1900, Хобокен, Нью-Джерси — 14 марта 1973, Сент-Луис, Миссури) — американский инженер и пионер вычислительной техники, создатель одного из первых электромеханических компьютеров — Harvard Mark I. Его работы заложили основы для развития автоматических цифровых вычислительных машин, хотя сам Эйкен придерживался консервативных взглядов на архитектуру вычислителей, что отличало его от современников, работавших над полностью электронными системами.

Ранние годы и образование

Говард Эйкен родился в семье промышленника Дэниела Эйкена и Маргарет Эйкен. После смерти отца в 1905 году семья переехала в Индианаполис, где мать работала учительницей. Эйкен с детства проявлял интерес к механике и электротехнике. В 1918 году он поступил в Университет Висконсина в Мадисоне, но из-за финансовых трудностей прервал обучение и устроился на работу в компанию по производству электрооборудования.

В 1923 году Эйкен вернулся к учёбе и в 1924 году получил степень бакалавра по электротехнике. В 1925 году он защитил магистерскую диссертацию в том же университете, а в 1939 году — докторскую степень по физике в Гарвардском университете. Его диссертация была посвящена теории электронных ламп, что впоследствии повлияло на его подход к созданию вычислительных машин.

Создание Harvard Mark I

Предпосылки и замысел

В 1937 году, работая над докторской диссертацией, Эйкен столкнулся с необходимостью выполнения сложных математических расчётов, которые требовали значительного времени. Он пришёл к выводу, что существующие механические вычислители (например, арифмометры) неэффективны для решения задач, связанных с дифференциальными уравнениями. Эйкен предложил создать автоматическую вычислительную машину, способную выполнять длинные последовательности операций без участия человека.

Идея Эйкена основывалась на принципах, заложенных в аналитической машине Чарльза Бэббиджа, но с использованием современных электромеханических компонентов. Он обратился за поддержкой к Гарвардскому университету, но первоначально не получил финансирования. В 1939 году Эйкен представил свой проект компании IBM, которая согласилась выделить ресурсы на разработку.

Разработка и характеристики

Машина, получившая название Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), позже известная как Harvard Mark I, была построена в 1943 году и официально запущена в 1944 году. Она представляла собой электромеханический компьютер длиной около 15 метров, высотой 2,4 метра и весом около 4,5 тонн. Основные компоненты включали:

• Арифметическое устройство на основе реле и шестерёнок, выполнявшее сложение, вычитание, умножение и деление.
• Устройство управления с перфолентой, на которой записывалась последовательность команд.
• Память на основе механических регистров и перфокарт.
• Ввод-вывод через перфоленты и печатающие устройства.

Harvard Mark I мог выполнять до 3 операций сложения в секунду и умножение за 6 секунд. Он использовался для расчёта баллистических таблиц, а также для решения задач в области физики и астрономии.

Роль IBM и конфликт с компанией

Хотя IBM предоставила значительные ресурсы (включая инженеров и оборудование), Эйкен настаивал на том, что машина является его личным проектом. После завершения работы он передал её в дар Гарвардскому университету, что вызвало недовольство руководства IBM, которое ожидало признания своего вклада. В результате отношения между Эйкеном и IBM испортились, и компания впоследствии не участвовала в его дальнейших проектах.

Последующие проекты: Mark II, Mark III и Mark IV

После успеха Harvard Mark I Эйкен продолжил разработку более совершенных машин в Гарвардской вычислительной лаборатории, которую он возглавлял с 1945 года.

Harvard Mark II (1947)

Mark II был полностью релейной машиной, работавшей быстрее предшественника. Он использовал около 13 000 реле и мог выполнять сложение за 0,2 секунды. Машина применялась для военных расчётов, в том числе для ВМС США.

Harvard Mark III (1949)

Mark III стал первым компьютером Эйкена, в котором использовались электронные компоненты (вакуумные лампы) для арифметических операций, хотя управление оставалось электромеханическим. Он имел память на магнитных барабанах и мог выполнять до 100 операций в секунду.

Harvard Mark IV (1952)

Mark IV был полностью электронным компьютером, использующим магнитные сердечники для памяти. Он обладал производительностью, сопоставимой с ранними коммерческими компьютерами, такими как UNIVAC I. Однако к этому времени Эйкен утратил лидерство в области вычислительной техники, уступив разработчикам полностью электронных машин.

Вклад в теорию вычислительных машин

Эйкен известен не только как инженер, но и как теоретик. Он разработал концепцию «архитектуры Гарварда», которая предполагает разделение памяти для команд и данных. Эта архитектура противопоставлялась «фон-неймановской архитектуре», где команды и данные хранятся в общей памяти. Хотя в современных компьютерах чаще используется фон-неймановская модель, гарвардская архитектура применяется в микроконтроллерах и цифровых сигнальных процессорах.

Эйкен также внёс вклад в развитие методов программирования. Он настаивал на том, что программирование должно быть отдельной дисциплиной, и ввёл понятие «программист» как профессии.

Преподавательская деятельность и влияние

С 1945 по 1961 год Эйкен руководил Гарвардской вычислительной лабораторией. Он подготовил несколько поколений инженеров, многие из которых стали пионерами вычислительной техники, включая Грейс Хоппер (которая работала над Harvard Mark I и создала первый компилятор). Эйкен также читал лекции по теории вычислительных машин в других университетах.

В 1961 году он покинул Гарвард и перешёл в Университет Майами, где основал факультет информатики. Он продолжал преподавать до выхода на пенсию в 1970 году.

Критика и ограничения

Несмотря на значительный вклад, Эйкен подвергался критике за консервативный подход. Он долгое время скептически относился к использованию электронных ламп, считая их ненадёжными, и предпочитал электромеханические реле. Это привело к тому, что его машины устаревали быстрее, чем полностью электронные компьютеры, создаваемые в то же время (например, ENIAC). Кроме того, Эйкен не признавал важность хранимой программы, что ограничивало гибкость его систем.

Признание и награды

• 1944 год — медаль «За заслуги» от ВМС США за вклад в военные расчёты.
• 1947 год — премия Гарри Гуда от IBM (после примирения с компанией).
• 1964 год — медаль Эдисона от Института инженеров электротехники и электроники (IEEE) за «вклад в развитие вычислительных машин».
• 1970 год — избран членом Национальной академии наук США.

Интересные факты

• Грейс Хоппер, работавшая с Эйкеном, позже вспоминала, что он был требовательным руководителем, но поддерживал новаторские идеи своих сотрудников.
• Harvard Mark I использовался для расчёта Манхэттенского проекта, хотя Эйкен не был осведомлён о целях этих расчётов.
• Эйкен был страстным коллекционером книг по истории науки и техники, его библиотека насчитывала более 10 000 томов.

Источники

• Cohen, I. Bernard. «Howard Aiken: Portrait of a Computer Pioneer». MIT Press, 1999.
• Campbell-Kelly, Martin; Aspray, William. «Computer: A History of the Information Machine». Westview Press, 2004.
• «The Harvard Mark I Computer». Harvard University Archives.
• «Howard Aiken». IEEE History Center, 2000.