Шесть девушек и один компьютер

15 февраля 1946 года в Пенсильванском университете состоялось торжественное открытие ЭНИАКа — первого в истории компьютера. Его создатели Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли считаются отцами современного компьютера. А вот девушки, которые программировали ЭНИАК, оказались почти забыты. В День ЭНИАКа восстанавливаем справедливость и рассказываем о шести девушках, создавших программирование.

Оксфордский словарь английского языка датирует первое упоминание слова computer 1613 годом. Конечно, речь идет не о вычислительной машине, а о человеке, производящем расчеты (в русском языке таких людей называли счетчиками и вычислителями). До середины 20 века компьютерами были люди. Вооруженные бумагой и карандашом, они рассчитывали пути небесных тел и статистику переписей населения, навигационные и логарифмические таблицы.

К концу 19 века расчетов, которые нужно было производить, стало слишком много. Одновременно с этим женщины начали получать научное образование, в том числе в области математики. Из-за предубеждений они почти не могли работать по специальности. А вот на работу вычислителей их нанимали с радостью. Например, к 1880 году в обсерватории Гарвардского университета все расчеты вели женщины. Созданная астрономом Эдуардом Пикерингом команда «гарвардских вычислителей» (Harvard Computers) классифицировала звезды, издавала звездные каталоги и участвовала в открытии Плутона.

Во время Второй мировой войны у американской армии резко увеличилась потребность в расчетах. Чтобы выпущенный из орудия снаряд попал в цель, орудие необходимо на нее навести. Однако на точность наводки и траекторию снаряда влияет очень много факторов: расстояние до цели и ее скорость, высота над уровнем моря, температура и влажность воздуха, ветер.

Каждый фактор вносит искажение, которое необходимо учесть при наводке. К счастью, необходимую корректировку для разных факторов можно заранее вычислить. Но работа по расчету таблиц была невероятно сложна. Даже в самых простых случаях нужно было рассчитать от двух до четырех тысяч траекторий. При этом расчет одной траектории занимал порядка трех рабочих дней.

Расчетами баллистических таблиц занимались и в Электротехнической школе Мура Пенсильванского университета. Работой были заняты десятки вычислителей, по большей части девушек, вооруженных механическими счетными машинами. Труд девушек использовался по двум причинам: мужчины были нужны на фронте, и девушкам можно было меньше платить.

К тому времени идея автоматической вычислительной машины не была новой. Еще в первой половине 19 века Чарльз Бэббидж попытался построить полностью механически компьютер — «аналитическую машину». В 1940-х годах вычислительные машины, более или менее напоминающие современный компьютер, строили Джон Атанасов и Клиффорд Берри, Конрад Цузе, Говард Айкен.

8 апреля 1943 года ученые из Электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли предложили Лаборатории баллистических исследований Армии США создать вычислительную машину, которая могла вычислять баллистические таблицы.

У проекта Эккерта и Мокли были два ключевых отличия от других проектов вычислительных машин: их машина была электронной, а не электромеханической; и ее можно было программировать, то есть программа не была заложена в аппаратное обеспечение машины.

Не то, чтобы идея электронной вычислительной машины не появлялась раньше: в 1938 году Конрад Цузе и Гельмут Шреер предложили создать компьютер из двух тысяч радиоламп. Коллеги подняли их на смех: радиолампы потребляют много энергии, часто перегорают и не отличаются прочностью. Но Эккерт и Мокли понимали, что электронная машина будет намного быстрее, чем электромеханическая.

Армия США выделила финансирование, и 31 мая 1943 года был заложен электронный числовой интегратор и вычислитель — ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer). В группу конструкторов кроме Эккерта и Мокли вошли Томас Шарплесс, Роберт Шоу, Джеффри Чу, Джек Дэвис, Гарри Хаски и Артур Беркс. Проект консультировал великий математик Джон фон Нейман, в честь которого названа компьютерная архитектура фон Неймана.

Работа шла медленно. Постройка ЭНИАКа была закончена только к весне 1945 года. Но собрать «железо» было мало, требовалось еще и научить машину считать.

Пока инженеры строили ЭНИАК, девушки продолжали вычислять баллистические таблицы. Эккерт и Мокли поняли, эти девушки, хорошо знающие математику и умеющие работать с механическими счетными машинами, смогут помочь и наладить работу электронного компьютера.

Они обратились к Адели и Герману Голдстейнам, супружеской паре математиков, которые курировали работу девушек-вычислителей. С их помощью нашли шесть самых способных девушек, которых и пригласили работать с ЭНИАКом. Одна из них отказалась, но ей быстро нашли замену. Так сложилась «Шестерка ЭНИАКа» (ENIAC Six):

В это время ЭНИАК был засекреченным военным проектом. Девушек даже не пускали в помещение, где стоял компьютер. Их работа началась с изучения чертежей и диаграмм. Так как ЭНИАК был первым компьютером, который можно было запрограммировать, никаких учебников по работе с ним не было. Девушкам пришлось с нуля изобрести программирование.

К завершению постройки в мае 1945 года ЭНИАК представлял собой нечто невероятное. Компьютер занимал площадь в 167 м2 и весил больше 27 тонн. Он состоял из 17 500 электронных ламп, 7000 полупроводниковых диодов, 1500 реле, 70 000 сопротивлений и 10 000 конденсаторов.

ЭНИАК состоял из отдельных блоков, которые отвечали за память, вычисления, ввод и вывод результатов. Эти блоки были соединены двумя видами связей — для инструкций и для чисел. Фактически ЭНИАК представлял собой набор отдельных устройств, связанных между собой. Для каждой новой задачи приходилось изменять последовательность их соединения, как бы создавая новый компьютер.

Чтобы «запрограммировать» ЭНИАК, нужно было с помощью физических проводов и переключателей соединить разные части компьютера в нужном порядке. Расчеты, которые у людей-вычислителей занимали часы, ЭНИАК выполнял за секунды — но на программирование могли требоваться дни.

Историк Кэти Клейман пишет: «Им (программистам) нужно было найти каждую величину, направить ее в соответствующий блок, например, умножитель или “извлекатель квадратного корня”, а затем перенести результат — с помощью физического провода — в другой блок для хранения».

Но девушки-программисты справлялись со сложными задачами. Бетти Холбертон особенно хорошо умела решать такие задачи… во сне! Ее коллега Джин Дженнигс (в замужеств Бартик) вспоминала:

Еще одной особенностью ЭНИАКа была его ненадежность. Как предсказывали немецкие ученые, отвергшие проект Конрада Цузе, электронные лампы перегревались и перегорали. Поначалу это случалось почти каждый день, так что половину рабочего времени занимал ремонт. С этим девушки тоже научились бороться — иногда приходилось забираться внутрь машины, чтобы заменить испорченную лампу. «Так как мы знали и задачу, и машину, мы научились находить неисправности не хуже инженеров, а может и лучше», — вспоминала Джин Бартик. Благодаря усилиям девушек и новым, более надежным лампам, в 1954 году был поставлен рекорд — ЭНИАК проработал без поломок 116 часов.

Испытания ЭНИАКа начались в мае 1945 года. С окончанием войны нужда в баллистических таблицах отпала, зато возникла другая задача — компьютер начал моделировать взрыв термоядерной бомбы. Тогда же руководитель математического отдела Бюро научных исследований и развития Уоррен Уивер попросил Джона Брайндера, руководителя проекта по созданию ЭНИАКа, написать отчет об ЭНИАКе и другом компьютере, ЭДВАКе. Этот секретный отчет был закончен 30 ноября 1945 года. Он содержал первое описание ЭНИАКа и принципов его программирования.

Испытания закончились 10 декабря 1945 года, когда ЭНИАК начали использовать для прикладных расчетов. Физик Дуглас Хартри решал на ЭНИАКе проблему обтекания воздухом крыла сверхзвукового самолета, Джон фон Нейман вычислял числа π и e и, вместе с командой метеорологов, сделал первый в истории численный прогноз погоды (вычисления прогноза на следующие 24 часа заняли… 24 часа).

После окончания войны американская армия приняла решение рассекретить ЭНИАК. 1 февраля 1946 года состоялась пресс-конференция, а 14 февраля работа компьютера была впервые показана журналистам. Старший инженер Артур Беркс продемонстрировал, что компьютер способен сложить пять тысяч числе за одну секунду, а вычисление траектории снаряда занимает меньше времени, чем полет снаряда до цели.

15 февраля состоялось торжественное открытие ЭНИАКа и парадный обед. Девушки, создавшие программирование, ни на церемонию, ни на обед приглашены не были.

В июле 1946 года Армия США завершила приемку ЭНИАКа. Через год компьютер отправили на Абердинский испытательный полигон. За ним последовали Кэтлин Макналти, Рут Тейтельбаум и Франсис Спенс. После нескольких обновлений ЭНИАК успешно работал, пока не был в последний раз остановлен в 23:45 2 октября 1955 года.

Тогда же Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли ушли из Пенсильванского университета и основали свою компанию. В 1951 году они выпустили UNIVAC — первый в США компьютер, который можно было купить.

К тому времени Кэтлин Макналти вышла замуж за Мокли. Она принимала участие в работе над программным обеспечением компьютеров BINAC и UNIVAC. Вместе с ней трудилась и Джин Бартик (она вышла замуж за инженера Уильяма Бартика). А Рут Тейтельбаум стала одним из первых преподавателей программирования — она обучала новичков работе с ЭНИАКом.

Бетти Холбертон оказалась еще теснее связана с развитием компьютеров. Помимо работы над UNIVAC, она вместе со знаменитой Грейс Хоппер создавала языки программирования Кобол и Фортран. В 1997 году она единственной из всех «шестерки ЭНИАКа» получила Приз Августы Ады Лавлейс, названный в честь соратницы Чарльза Бэббиджа и первого в истории программиста.

Признание и слава все же пришли к девушкам ЭНИАКа. В 1997 году все шестеро были включены в международный Зал славы женщин в технике. Сегодня три суперкомпьютера Армии США называются Джин, Кей и Бетти — в честь Джин Бартик, Кэтлин Макналти и Бетти Холбертон. В 2010 году вышел фильм Top Secret Rosies: The Female "Computers" of WWII, который рассказывал о работе девушек от вычисления баллистических таблиц до программирования ЭНИАКа.

Историк и сооснователь ICANN Кэти Клейман много сделала для того, чтобы отдать должное «шестерке ЭНИАКа». На основе многочасовых интервью с четырьмя из шести программисток она в 2014 году создала фильм The Computers: The Remarkable Story of the ENIAC Programmers, а в 2022 году выпустила книгу Proving Ground: The Untold Story of the Six Women Who Programmed the World’s First Modern Computer.