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 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».

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. 

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.

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.

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. 

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.

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.

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!