아놀로그 계산기와 컴퓨터의 발전

아놀로그 계산기와 컴퓨터의 발전

디지털 기계식 계산기도 존재하긴 했지만, 제2차 세계대전 이전 아날로그 계산기가 '최첨단'이었다. 미래 계산기의 발전은 이 방향이라고 생각하는 사람도 많았다. 아날로그 계산기는 톱니바퀴의 위치나 움직임, 혹은 전자부품에 있어서 전압이나 전류와 같은 소규모 물리현상의 수학적 특성이 예를 들면 탄도운동, 관성운동, 공명현상, 에너지전달과 같은 물리현상의 수학적 특성과 매우 흡사한 것을 이용한다. 즉, 아날로그량으로서 전압이나 전류라고 하는 전기적인 양을 사용해, 물리 현상을 모델화한다. 아날로그계는 다른 계의 전기적 상사물로서 형성되는 것으로, 그 전기적 상사물을 관측함으로써 대상계의 행동을 예측한다. 특히 적분방정식이나 미분방정식을 나타내는 것이 특기이며, 그러한 방정식을 푸는 데 사용할 수 있다. 예를 들어 1928년에 만들어진 water integrator는 아날로그 양으로 물을 사용하고 있다. 전기를 사용한 예로는 1941년의 Mallock machine이 있다. 플래니미터는 지도상의 거리를 아날로그량으로서 적분을 실시하는(면적을 구하는) 기기이다. 현대의 컴퓨터가 알고리즘으로서 정식화 가능하다면 어떤 정보처리에도 대응할 수 있는 것과는 달리 아날로그 계산기에는 유연성이 없고, 풀려고 하는 문제마다 배선이나 스위치 등으로 설정을 전환할 필요 등도 있었다. 한편 아날로그 계산기는 복잡한 문제에 대해 상사물을 구성하여 그대로 풀 수 있어 당시 디지털 계산기의 능력으로는 미치지 못하는 문제에도 대응할 수 있었다. 노르덴 폭격 조준기 가장 많이 양산되어 사용된 아날로그 계산기와 유사한 기기로는 노르덴 폭격 조준기[31]나 군함에 탑재된 Arthur Pollen의 아르고 시스템과 같은 사격 관제 장치와 같은 군사 용도가 있었다. 제2차 세계대전 이후에도 계속 사용된 것도 있다. Mark I Fire Control Computer는 미 해군이 구축함이나 전함에 배치해 1969년까지 사용했다. 그 밖에도 히스킷의 EC-1, 물을 사용해 경제를 모델화한 MONIAC Computer라고 하는 아날로그 계산기가 있었다 [33]. 기계식 아날로그 계산기의 기술적 정점이라고 할 수 있는 것이 미분 해석기로, 매사추세츠 공과대학에서 바네버 부시 등이 1927년경부터 연구 개발을 진행시킨 것이 시초라고 여겨진다. 미분해석기의 요소기술로는 제임스 톰슨이 1876년 발명한 기계식 적분기와 H.W. 니만이 발명한 토크 증폭기 등이 있다. 나중에 ENIAC 제작이 이뤄진 펜실베이니아대 전기공학과에서 제작한 것이 가장 고성능이었다고도 한다. 일본에서도 세 가지 예가 알려져 있으며, 한 쌍이 보존되어 동작 가능하게 복원되었다. 전자식 아날로그 계산기를 아날로그 컴퓨터라고 부르는 경우가 있다(자세한 것은 → 아날로그 컴퓨터). 전자화된 디지털 계산기이지만, ENIAC의 최초 설계는 미분 해석기에 영향을 받고 있으며, 후에 디지털 미분 해석기(en:Digital differential analyzer)라고 불리는 계산 방식에 가까운 곳이 있다. 그러나 그 뒤를 이어 나타난 컴퓨터는 프로그램 내장 방식이어서 아날로그 계산기와의 관련은 희박해진다. 그리고 모든 면에서 유리하기 때문에, 그때까지 아날로그 계산기로 풀렸던 문제의 해결은, 전자적이고 디지털 한 계산기인 컴퓨터에 의해서 대체되었다. 그러나 아날로그 계산기의 먼 후손은 현재도 많이 사용되고 있다. 전자식 아날로그 계산기에서는 다수의 진공관을 사용한 전자회로에 의해 실현되었던 입력의 차분을 매우 크게 증폭하여 출력하는 오퍼 앰프는 오늘날 IC화 되어 간단한 오디오 앰프에서 정밀 전자기기에 이르기까지 편리하게 사용되고 있다. 디지털 장치는 아날로그 장치에 비해 정밀도(산술)에 한계가 있지만 반대로 아날로그 장치로는 정확도에 한계가 있다 [주 6]. 20세기 동안 전자공학은 진보해, 높은 SN비를 유지하면서 저전압으로 조작한다고 하는 문제[35]에도 착실하게 대처해 왔다. 그에 따라, 오퍼 앰프를 비롯한 과거라면 아날로그 컴퓨터에 사용되었을 아날로그 전자회로는 측정기 등의 정밀 전자기기 내부에서 오늘날 필요로 하는 성능까지 높아지고 있다. 컴퓨터 종이테이프 형 구멍 장치. 정공 테이프에 프로그램을 저장하면 이 사진에 있는 테이프보다 훨씬 길어진다. 제2차 세계대전 이전 및 그 와중에 기계장치가 전자회로로 대체되고 아날로그식 계산이 디지털식 계산으로 대체되면서 현대적 컴퓨팅 시대가 시작되었다. Zuse Z3, 아타나소프&베리 컴퓨터, Colossus, ENIAC와 같은 머신은 릴레이나 진공관 등을 사용한 회로로 구성되어 펀치카드나 정공테이프를 입력 및 비휘발성 기억매체로 이용했다. 이들 중 하나를 세계 최초의 컴퓨터로 정의하는 것은 많은 미묘한 점(나중에 게재한 표를 참조)을 간과하게 된다. 앨런 튜링의 1936년 논문은 컴퓨팅과 계산기 과학에 중대한 영향을 미쳤다. 튜링은 기계적인 프로세스에서 풀 수 없는 문제(정지성 문제)가 있음을 증명한 것인데, 그 과정에서 튜링은 무제한의 테이프와 유한 상태 오토마톤으로 이루어진 계산 모델 튜링 머신을 제시하고, 나아가 임의 튜링 머신인 만능 튜링 머신을 제시했다. 게다가 튜링은 그 응용으로서 튜링=처치의 테이제로 튜링 머신이나 당시에 몇 개나 제안되었던 계산 모델은 모두 동등한 알고리즘 실행 능력이 있으므로, 그 모델에서 실행 가능하다는 것을 계산 가능하다. 그리고, 그러한 모델들처럼 형식적이지 않기 때문에 엄밀하지는 않지만, 실제의 컴퓨터도 모두 마찬가지로, 계산 가능성의 이론의 관점에서는, 계산 가능한 계산을 할 수 있는 것이라는 점에서는 동등하다고 되어 있다. 9 트랙식 자기 테이프 이론에서 실제로 이야기를 옮기면 프로그램 내장 방식과 이른바 노이만형 아키텍처가 몇 가지 관점에서 중요하다고 여겨지고 있다. 후자는 그렇게 불리고는 있지만, 발안은 존 폰 노이만에 의한 것은 아니라고 되어 있지만, 노이만은 전술한 튜링들의 일을 숙지하고 있었기 때문에, 「노이만형」이라고 불리는 밑바탕이 된 초고의 집필 시에는 그 일은 당연히 의식하고 있었을 것이라는 견해가 있다. 제2차 세계대전 무렵의 컴퓨터 개발 흐름은 세 가지였다. 첫 번째 흐름은 대부분 무시되고 두 번째 흐름은 비밀로 유지됐다. 첫 번째 흐름은 콘라트 투자에 의한 독일에서의 개발, 두 번째 흐름은 영국에서의 Colossus의 개발이다. 이것들은 미국에서의 다양한 컴퓨터 개발 프로젝트에는 거의 영향을 미치지 않는다. 세 번째 흐름은 에커트와 모클리에 의해 ENIAC와 EDVAC의 개발로, 이곳은 널리 공개되어 있었다. 조지 스티비츠는 일반적으로 디지털 컴퓨터의 아버지로 여겨진다. 벨 연구소에서 일하던 1937년 11월, "Model K"라고 이름 붙인 릴레이식 계산기를 발명해 제작. 이것이 이진법을 계산기에 사용한 최초의 예가 되었다 [40]. Zuse Z1 계산기를 복원한 것 자세한 내용은 '콘라트 투자' 참조 1936년 콘라트 투자는 독일에서 단독으로 Z시리즈라는 일련의 계산기 제작을 시작했다. 기억장치와 (당초는 한정적인) 프로그램 능력을 갖춘 계산기이다. 완전 기계식으로 이진법을 채택한 Z1은 1938년 완성됐지만 부품의 정확도가 나빠 지속적으로 작동하지는 않았다. 1941년 Z3가 완성[41]. 전화기용 릴레이를 사용하여 안정적으로 동작했다. Z3는 세계 최초의 프로그램 제어식 범용 디지털 컴퓨터이다. 여러 면에서 현대 컴퓨터와 비슷했고 여러 면에서 혁신적이었다. 예를 들어 부동소수 점수를 채용하고 있다. 실장이 복잡해지는 십진법(버비지의 해석기관은 십진법이었다)이 아니라 단순한 이진법을 채용했기 때문에 투제의 계산기는 당시의 기술 레벨에서의 제작이 용이해지고 신뢰성도 높았다. Z3에서는 정공필름 형태로 프로그램을 공급했다. 조건 분기 명령이 없었지만 1990년대에 이르러 Z3가 튜링 머신과 등가였음이 증명되었다(기억 용량이 유한하다는 차이는 제외한다). 투자는 1936년 신청한 2개 특허에서 기계에 대한 명령(프로그램)을 데이터와 같은 기억장치에 저장할 가능성도 시사했다. 이른바 노이만형 아키텍처를 예상했던 것이지만, 실제로 그것이 실장 된 것은 1948년에 영국에서 개발된 SSEM이 최초이다. 또한 세계 최초의 고급 프로그래밍 언어 플랜카드큘을 1945년에 설계했다(발표는 1948년)고 되어 있는데, 이 언어가 실장 된 것은 투자 사후 5년이 지난 2000년이 되어서야 베를린 자유대학의 라울 로하스 팀이 개발했다. 제2차 세계대전 중 투자 계산기는 연합국의 폭격으로 파괴되었다. 그의 업적이 영국이나 미국 기술자들에게 알려지게 된 것은 훨씬 뒤의 일이지만 IBM만은 1946년 투제의 연구 재개에 자금을 지원해 특허 사용권을 얻었고, 꽤 일찍부터 투제의 업적을 알고 있었던 것으로 보인다. Colossus Colossus는 제2차 세계대전 중 독일 암호를 해독하는 데 사용되었다. 자세한 내용은 'Colossus'참조 제2차 세계대전 중 런던에서 북쪽으로 40마일 정도 위치한 브레칠리 파크에서 독일군이 통신에 사용하던 암호 해독이 이뤄지고 있었다. 독일 암호기 에니그마의 해독에는 전기기계식 bombe라는 기계를 보조적으로 사용했다. bombe의 설계는 1938년 앨런 튜링과 Gordon Welchman이 실시했는데, 그것은 폴란드 마리안 레예프스키의 암호 해독법에 근거한 것으로 1941년부터 실제로 사용되기 시작했다. 에니그마가 취할 수 있는 설정을 제외해 나가기 위해 일련의 논리적 추론을 전기를 사용해 실시했다. 많은 설정은 모순을 발생시키기 때문에 제외할 수 있었고, 남은 소수의 설정에 대해 사람들이 알아볼 수 있었다. 독일군은 에니그마와는 전혀 다른 일련의 텔레타이프 단말기형 암호기도 개발했다. Lorenz SZ 40/42는 특히 중요한 통신에 사용되었으며, 영국에서는 그것을 "Tunny"라고 불렀다. Lorenz에 의한 암호통신을 영국이 감청하기 시작한 것은 1941년의 일이다. Tunny 해독 작업의 일부로서 맥스 뉴먼 등이 Colossus를 개발했다. 콜로수스 MkI는 1943년 3월부터 12월 영국 중앙우체본국 연구소 토미 플라워스 등이 런던에서 제작해 1944년 1월 브레칠리 파크로 옮겨졌다. Colossus는 세계 최초의 완전 전자식 프로그램 가능 계산기이다. 다수의 진공관을 사용하여 종이테이프로 데이터를 입력하고 데이터에 대해 다양한 부울 논리 조작을 수행하도록 설정 변경 가능하다. 다만 튜링 완전하지는 않다. Colossus Mk II는 9대(Mk I도 Mk II로 개수되었기 때문에 전부 10대) 제작되었다. 그것들의 존재, 설계, 이용은 1970년대까지 기밀로 여겨졌다. 윈스턴 처칠은 전후 직접 그것들을 잘게 분해해 폐기하라고 명령했었다. Lorenz의 암호가 영국에서 해독되고 있었다는 사실도 냉전 중에는 기밀 취급이었다.