در آن دوران، نظرسنجی‌های معتبر و تحلیلگران کهنه‌کار سیاسی، با اطمینان پیروزی استیونسون را پیش‌بینی کرده بودند و در بدترین حالت، انتظار یک رقابت بسیار نزدیک و شانه‌به‌شانه را داشتند. اما در گوشه‌ای از این تشکیلات رسانه‌ای، اتفاقی بی‌سابقه، عجیب و تا حدودی ترسناک در حال وقوع بود. شبکه سی‌بی‌اس در اقدامی جسورانه، یک هیولای فلزی را به‌کار گرفت. این هیولا با هزاران لامپ خلاء چشمک‌زن و نوارهای مغناطیسی در حال چرخش، ادعا می‌کرد می‌تواند آینده را پیش از وقوع آن ببیند.

این دستگاه که یونیواک (UNIVAC) نام داشت، در ساعت ۸:۳۰ شب، درحالی‌که تنها بخش بسیار کوچکی از آرا شمارش شده بود (حدود ۵٫۵ درصد از آرای نخست)، نتیجه‌ای خیره‌کننده و خلاف انتظار را روی خروجی چاپگر خود حک کرد: پیروزی قاطع، طوفانی و بی‌چون‌وچرای آیزنهاور با شانس صد به یک. والتر کرانکیت (Walter Cronkite) و چارلز کالینگوود (Charles Collingwood)، مجریان معتبر سی‌بی‌اس، با دیدن این خروجی دچار وحشت شدند.

چطور یک «ماشین حساب الکترونیکی» می‌توانست خرد جمعی تمام کارشناسان برجسته سیاسی واشنگتن را زیر سوال ببرد؟ مدیران شبکه که از آبروریزی ملی می‌ترسیدند، جلوی اعلام این پیش‌بینی را روی آنتن زنده گرفتند و از مهندسان دستگاه خواستند تا الگوریتم‌ها و تنظیمات ماشین را دستکاری کنند تا نتیجه‌ای «منطقی‌تر» و همسو با افکار عمومی تولید کند.

آن شب، تنها یک رئیس‌جمهور جدید برای ایالات متحده انتخاب نشد، بلکه رابطه انسان و داده‌ها برای همیشه دگرگون شد. یونیواک در آن شب تلویزیونی، مفهوم کامپیوتر را از یک ابزار محرمانه نظامی در ارتش، به پدیده‌ای تجاری، عمومی و همه‌فهم تبدیل کرد.

بااین‌حال، داستان خلق این نبوغ ریاضیاتی هشت‌فوتی، از استودیوهای درخشان تلویزیونی آغاز نشد. ریشه‌های این انقلاب بزرگ تکنولوژیک را باید در بحران‌های عمیق اطلاعاتی دهه‌ها قبل و در راهروهای پر از پرونده‌ی اداره سرشماری ایالات متحده جستجو کرد. جایی که نیاز به سرشماری، محققان را مجبور به ساختن یک مغز مصنوعی کرد.

بحران ملی در قرن نوزدهم و شمارش یک ملت

هر بار که در دنیای مدرن امروز با یک فایل اکسل کار می‌کنید، یا در کسری از ثانیه یک پایگاه‌داده عظیم ابری را برای یافتن یک نام جستجو می‌کنید، در واقع درحال استفاده از میراثی هستید که برای حل یک فاجعه ملی در اواخر قرن نوزدهم متولد شد.

مشکل از جایی شروع شد که اداره سرشماری به این نتیجه رسید که ابزارهای انسانی و سنتی، دیگر پاسخگوی این حجم عظیم از داده نیستند. پردازش دستی داده‌های سرشماری سال ۱۸۸۰، که با استفاده از چوب‌خط، مداد و کوهی از کاغذهای طبقه‌بندی‌شده انجام می‌شد، فرآیندی طاقت‌فرسا بود که حدود هشت سال به طول انجامید.

کارشناسان با انجام محاسبات ریاضی هشدار دادند که با توجه به روند فعلی رشد جمعیت، پردازش داده‌های سرشماری بعدی در سال ۱۸۹۰ قطعا بیش از ده سال زمان خواهد برد. این به معنای یک فروپاشی اطلاعاتی تمام‌عیار بود؛ یعنی پیش از آنکه نتایج یک سرشماری استخراج شود، زمان آغاز سرشماری بعدی فرا می‌رسید و دولت عملاً در تاریکی آماری فرو می‌رفت.

راه‌حل سوراخ‌دار: تولد دستگاه جدول‌بند هولِریث

درست در قلب این بحران اداری، مهندس و ریاضیدان جوانی به‌نام هرمان هولریث (Herman Hollerith) که مدت کوتاهی در اداره سرشماری به‌عنوان کارمند کار کرده بود و از سیستم دستی و کند شمارش به ستوه آمده بود، ایده‌ای انقلابی ارائه داد. او به این فکر افتاد که اگر بتوان اطلاعات هویتی و پیچیده انسان‌ها را به کدهای فیزیکی و دودویی قابل خواندن برای یک ماشین تبدیل کرد، سرعت پردازش هزاران برابر خواهد شد.

هولریث ماشین جدول‌بند الکتریکی (Electric Tabulating Machine) را ساخت که تحولی در علم پردازش داده‌ها ایجاد کرد. سیستم خلاقانه او از چند بخش مجزا و بسیار هوشمندانه تشکیل شده بود:

۱. دستگاه سوراخ‌کن (Pantograph): کارمندان سرشماری اطلاعات فرم‌های کاغذی را با استفاده از این دستگاه روی کارت‌های مقوایی سوراخ می‌کردند. ابعاد این کارت‌های تاریخی دقیقاً ۱٫۹ متر طول و ۱٫۲ متر در عرض بود. هر موقعیت سوراخ روی کارت، نمایانگر یک ویژگی خاص مانند جنسیت، سن، محل تولد یا وضعیت تاهل بود.

۲. کارت‌خوان (Card Reader): کارت سوراخ‌شده درون یک پرس مخصوص قرار می‌گرفت. مجموعه‌ای از سوزن‌های ظریف فلزی از بالا روی کارت پایین می‌آمدند. در نقاطی که مقوا سوراخ نداشت، سوزن متوقف می‌شد، اما در نقاطی که سوراخ وجود داشت، سوزن از مقوا عبور کرده و به یک مخزن کوچک پر از فلز مایع جیوه برخورد می‌کرد. این برخورد، یک مدار الکتریکی را می‌بست.

۳. صفحه‌های مدرج (Tabulating Dials): با بسته شدن مدار الکتریکی، یک پالس برق به یکی از ۴۰ عقربه شمارنده روی دستگاه اصلی ارسال می‌شد و عدد آن را به‌صورت مکانیکی یک واحد به جلو می‌برد.

۴. جعبه مرتب‌سازی (Sorting Box): همزمان با خوانده شدن کارت، درب یکی از محفظه‌های جعبه مرتب‌سازی باز می‌شد تا اپراتور کارت را درون آن بیندازد. اپراتورهای ماهر می‌توانستند تا ۸۰ کارت را در یک دقیقه پردازش و مرتب کنند.

نتایج این اختراع در عمل خیره‌کننده و غیرقابل‌باور بود. در یک رقابت آزمایشی که توسط دولت برای اثبات کارایی دستگاه برگزار شد، دو رقیب دیگر برای پردازش دستی حجم مشخصی از داده‌ها به ترتیب به ۴۴٫۵ ساعت و ۵۵٫۵ ساعت زمان نیاز داشتند. اما ماشین هولریث همان حجم عظیم داده را تنها در ۵٫۵ ساعت پردازش کرد. این نتیجه، مقامات اداره سرشماری در بهت و حیرت فرو برد.

بعدها این شرکت از طریق ادغام با چند شرکت دیگر، هویتی جدید یافت که امروز تمام دنیا آن را با نام افسانه‌ای آی‌بی‌ام (IBM) می‌شناسند.

اداره سرشماری ایالات متحده، با درک قدرت این دستگاه، تا دهه‌ها و تا پایان سرشماری سال ۱۹۴۰ به استفاده از نسخه‌های ارتقایافته و مدرن‌تر ماشین‌های الکترومکانیکی هولریث متکی ماند.

از خاکسترهای جنگ جهانی دوم تا رویای صلح‌طالبانه سیلیکونی

تاریخ فناوری بارها ثابت کرده است که تاریک‌ترین دوران‌های بشریت، یعنی جنگ‌ها، اغلب به عنوان کاتالیزوری بی‌رحم برای نوآوری‌های علمی عمل می‌کنند. در طول جنگ جهانی دوم، فناوری پردازش داده جهشی بزرگ را تجربه کرد که مسیر تاریخ را برای همیشه تغییر داد.

وزارت جنگ ایالات متحده آمریکا برای محاسبه جداول پیچیده بالستیک، پیش‌بینی مسیر پرتاب توپخانه‌ها و بمب‌افکن‌ها با توجه به متغیرهای بی‌شماری نظیر سرعت باد، رطوبت هوا و وزن پرتابه، نیازمند سرعت محاسباتی بسیار فراتر از ماشین‌های الکترومکانیکی موجود بود. این نیاز حیاتی نظامی، منجر به تولد اولین کامپیوتر الکترونیکی همه‌منظوره جهان یعنی انیاک (ENIAC) در آزمایشگاه‌های دانشگاه پنسیلوانیا شد.

چگونه جنگ جهانی دوم، لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌های هوشمند امروزی ما را ساخت؟بیداری غول خفته: چگونه ۱۸ هزار لامپ خلا در یک زیرزمین تاریک، آینده بشر را رقم زد؟منجی آهن‌قراضه‌ها: چگونه «منچستر بِیبی»، معماری کامپیوترهای امروزی را خلق کرد؟

پروژه عظیم انیاک توسط دو دانشمند و مهندس نابغه هدایت می‌شد: فیزیکدانی به نام جان ماکلی (John W. Mauchly) و دانشجوی سابق و مهندس جوان و درخشانش، جی. پرسپر اکرت (J. Presper Eckert). انیاک یک هیولای مطلق و مهارنشدنی بود؛ اتاقی عظیم پر از ۱۸ هزار لامپ خلاء که می‌توانست محاسباتی که روزها زمان می‌برد را در کسری از ثانیه انجام دهد.

اما ماکلی و اکرت در ذهن خود چشم‌اندازی بسیار فراتر از توپخانه‌های نظامی و جنگ‌افزارها داشتند. درحالی‌که ارتش به انیاک به چشم یک ماشین حساب غول‌پیکر برای کشتار دقیق‌تر نگاه می‌کرد، ماکلی معتقد بود که کامپیوترهای الکترونیکی می‌توانند در زمان صلح، ساختار تجارت، مدیریت داده‌های کلان، بیمه و اقتصاد را به‌طور کامل دگرگون کنند.

در همان دوران توسعه انیاک، ماکلی ملاقات‌هایی مخفیانه و راهبردی با مقامات اداره سرشماری داشت تا آن‌ها را متقاعد کند که آینده شمارش جمعیت، نه در چرخ‌دنده‌ها و رله‌های مکانیکی، بلکه در جریان بی‌توقف الکترون‌ها در لامپ‌های خلاء نهفته است.

در بهار سال ۱۹۴۶، ماه‌ها پس از اتمام پروژه موفقیت‌آمیز انیاک، دانشگاه پنسیلوانیا سیاست‌های حقوقی جدید و سخت‌گیرانه‌ای اتخاذ کرد که ماکلی و اکرت را مجبور می‌کرد تمام حقوق ثبت اختراع (Patent) خود را به دانشگاه واگذار کنند. این دو دانشمند که حاضر به پذیرش چنین شرایط ناعادلانه‌ای نبودند، با شجاعت دانشگاه را ترک کردند تا شرکت شخصی خود را برای طراحی، توسعه و بازاریابی «کامپیوتر خودکار جهانی» یا همان یونیواک (Universal Automatic Computer یا UNIVAC) تاسیس کنند.

دولت آمریکا که پس از جنگ به‌شدت درگیر پدیده افزایش بی‌سابقه زاد و ولد (Baby Boom) و توسعه اقتصادی بود، متوجه شد که سرشماری سال ۱۹۵۰ بدون یک جهش تکنولوژیک در حوزه شمارش آمار، به یک فاجعه تبدیل خواهد شد. بنابراین در آوریل ۱۹۴۶، اداره ملی استانداردها به نمایندگی از اداره سرشماری، قراردادی تاریخی برای مطالعه و طراحی یک کامپیوتر غیرنظامی پیشرفته با ماکلی و اکرت امضا کرد.

قرارداد اولیه شامل یک پیش‌پرداخت سخاوتمندانه ۳۰۰ هزار دلاری برای تحقیق و توسعه بود و سقف بودجه نهایی پروژه ۴۰۰ هزار دلار تعیین شد. ماکلی و اکرت که در زمینه مهندسی و الکترونیک بی‌نظیر، اما در زمینه مدیریت کسب‌وکار و برآورد هزینه‌ها به‌شدت بی‌تجربه بودند، با خوش‌بینی تصور می‌کردند با این مبلغ می‌توانند پیچیده‌ترین ماشین تاریخ بشر را بسازند. آن‌ها با خود عهد کردند که حتی اگر هزینه‌ها از این سقف فراتر رفت، آن را به امید کسب درآمد از قراردادهای پشتیبانی آینده جذب کنند. اما نمی‌دانستند که با این امضا، در حال قدم گذاشتن به لبه پرتگاه ورشکستگی مطلق هستند.

تقلای بقا در لبه ورشکستگی: تولد یک غول تجاری

طراحی و ساخت یک تکنولوژی بی‌سابقه که تا پیش از آن در دنیا وجود نداشته، همواره با خطاهای عظیم در برآورد زمان و هزینه همراه است. استارتاپ کوچک و بلندپرواز شرکت کامپیوتری اکرت-ماکلی (Eckert-Mauchly Computer Corporation – EMCC) به‌سرعت متوجه شد که ساخت یونیواک بسیار پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر از آن چیزی است که روی کاغذ پیش‌بینی می‌شد. تا سال ۱۹۴۸، یعنی دو سال پس از آغاز قرارداد، طراحی نهایی سیستم هنوز کامل نشده بود و منابع مالی شرکت با سرعتی هشداردهنده مصرف می‌شد.

ماکلی برای زنده نگه‌داشتن رویای شرکت، ناچار شد به‌دنبال جذب سرمایه‌گذاران خصوصی برود. آن‌ها موفق شدند قراردادهایی با چند نهاد دیگر از جمله ارتش، نیروی دریایی و مهم‌تر از همه، یک شرکت شرط‌بندی مسابقات اسب‌دوانی به نام AmTote منعقد کنند.

سرمایه‌گذار اصلی و فرشته نجات شرکت، هری اشتراوس (Harry Straus)، و مدیر دوراندیش AmTote بود که با تزریق سرمایه حیاتی، جان دوباره‌ای به پروژه بخشید. به لطف حمایت‌های او، تا سپتامبر ۱۹۴۹، شرکت EMCC (مسئول ساخت یونیواک) ۱۳۴ کارمند متخصص داشت، ساختمانی جدید و مجهز در شمال فیلادلفیا خریداری کرده بود و شش سفارش قطعی برای ساخت یونیواک در دست اقدام داشت. به‌نظر می‌رسید پس از طوفان‌های اولیه، همه چیز در مسیر ثبات و موفقیت قرار گرفته است.

تنش نقطه اوج

در ماه اکتبر سال ۱۹۴۹، هری اشتراوس در یک سانحه هوایی هولناک کشته شد. با مرگ ناگهانی او، هیئت مدیره محافظه‌کار شرکت AmTote حمایت مالی خود از پروژه پرریسک کامپیوترها را فوراً متوقف کرد.

در فوریه ۱۹۵۰، شرکت پیشگام آن‌ها توسط غول تجهیزات اداری آن زمان، یعنی رِمیگتون رَند (شرکتی که تا آن زمان بیشتر به خاطر تولید ماشین‌های تحریر مکانیکی و ریش‌تراش‌های برقی‌اش معروف بود) خریداری شد. بدین ترتیب، شرکت مستقل اکرت-ماکلی به «بخش یونیواکِ رمینگتون رند» تبدیل شد.

هنگامی که وکلای سرسخت رمینگتون رند پس از تصاحب شرکت، حساب‌ها و نقشه‌های فنی را بررسی کردند، از شدت وحشت در جای خود میخکوب شدند. آن‌ها دریافتند که هزینه واقعی و تمام‌شده ساخت هر دستگاه یونیواک به طرز سرسام‌آوری به بیش از یک میلیون دلار می‌رسد. این بدان معنا بود که قرارداد ۴۰۰ هزار دلاری با دولت آمریکا، برای شرکت جدید یک ضرر خالص و فاجعه‌بار محسوب می‌شد.

تلاش گسترده وکلای رمینگتون رند برای مذاکره مجدد با دولت فدرال و دریافت بودجه منطقی‌تر با بن‌بست کامل مواجه شد. تحت تهدید صریح اقدام قانونی و شکایت از سوی دولت، مدیران رمینگتون رند چاره‌ای نداشتند جز اینکه ساخت ماشین اول را با همان قیمت اولیه و با تحمل ضرری هنگفت و کمرشکن به پایان برسانند. این فداکاری مالی اجباری، اما زمینه‌ساز خلق شاهکاری مهندسی شد که به زودی مسیر تاریخ فناوری اطلاعات را برای همیشه تغییر داد.

کالبدشکافی یک «نابغه ریاضیاتی»: معماری سخت‌افزار یونیواک

زمانی که ساخت اولین نسخه از UNIVAC I سرانجام به پایان رسید، دنیا با دستگاهی روبه‌رو شد که روزنامه معتبر نیویورک تایمز در وصف آن از عبارت «یک نابغه ریاضیاتی هشت‌فوتی» استفاده کرد. برای درک عظمت فنی و مهندسی این ماشین، باید آن را در بستر تکنولوژیک محدود و ابتدایی دهه ۱۹۵۰ بررسی کنیم. دورانی که چیزی به نام ریزپردازنده یا ترانزیستورهای مینیاتوری وجود خارجی نداشت.

۱. معماری و ابعاد فیزیکی

یونیواک یک، برخلاف نسل‌های پیشین خود مانند انیاک که کل یک طبقه از یک ساختمان را به خود اختصاص می‌دادند، حداقل با استانداردهای آن زمان به‌طرز شگفت‌انگیزی کوچک و بهینه‌سازی شده بود. ابعاد این دستگاه عظیم، فقط فضایی حدود ۴/۲ متر در ۲/۲ متر در ۲/۴ متر را اشغال می‌کرد. کالبد این هیولای محاسباتی از بیش از ۵٬۲۰۰ لامپ خلاء شیشه‌ای تشکیل شده بود. در رگ‌های این دستگاه، بیش از حدود ۴۰ کیلومتر سیم‌کشی پیچیده و دست‌ساز جریان داشت و تمام این قطعات با نیم میلیون اتصال لحیم‌کاری شده به یکدیگر متصل شده بودند.

تغذیه الکتریکی این غول، نیازمند ۱۲۳ کیلوولت‌آمپر برق صنعتی بود. ازآنجاکه لامپ‌های خلاء حرارتی معادل کوره‌های ذوب تولید می‌کردند، سیستم خنک‌کننده‌ای عظیم و پر سر و صدا باید در هر دقیقه ۳۰ هزار فوت مکعب هوای خنک را با فشار از میان مدارهای آن عبور می‌داد تا از ذوب شدن سخت‌افزار جلوگیری کند.

۲. معماری داده: تفکر اعشاری در دنیای باینری

یکی از هوشمندانه‌ترین و متمایزترین ویژگی‌های یونیواک در مقایسه با کامپیوترهای امروزی، زبان درونی و منطق محاسباتی آن بود. درحالی‌که تمام کامپیوترهای مدرن امروزی اعداد را در مبنای دو پردازش می‌کنند، برنامه‌نویسان یونیواک، آن را یک ماشین اعشاری می‌دانستند.

برای پردازش داده‌های تجاری، بانکی و اقتصادی، دقت اعداد اعشاری به‌شدت حیاتی است. در تبدیل اعداد اعشاری به دودویی، گاهی خطاهای گرد کردن رخ می‌دهند (مثلاً در محاسبه دقیق میلیاردها دلار و سنت). مهندسان یونیواک برای جلوگیری از این فاجعه اقتصادی، از فرمت پیچیده‌ای به نام Excess-3 Binary-Coded Decimal (XS3 BCD) استفاده کردند.

در سیستم XS3 یونیواک، هر رقم اعشاری با ۶ بیت کدگذاری می‌شد (که شامل حروف الفبا و ۱۵ کاراکتر ویژه نیز می‌شد)، اما ارزش عددی آن عمداً ۳ واحد به جلو شیفت پیدا کرده بود. این تکنیک ظاهراً عجیب و غریب، یک مزیت مهندسی خارق‌العاده در سطح سخت‌افزار داشت. با این تکنیک، انجام محاسبات ریاضی پایه (به ویژه عملگر تفریق و مدیریت رقم نقلی) و همچنین پردازش کاراکترهای الفبایی در مدارهای الکترونیکی سریالی به شکل بسیار ساده‌تر، سریع‌تر و با قطعات کمتری انجام می‌گرفت. به‌همین‌دلیل این دستگاه توانایی اجرای محاسبات اعشاری شناور را با دقت بی‌نظیری فراهم می‌کرد.

حافظه: جادوی خطوط تاخیر صوتی جیوه‌ای

اما شاید عجیب‌ترین بخش معماری یونیواک، نحوه ذخیره‌سازی اطلاعات در حافظه موقت آن بود. ما امروزه به تراشه‌های سیلیکونی عادت کرده‌ایم که میلیاردها بیت داده را در خود نگه می‌دارند. اما در سال ۱۹۵۱، فناوری حافظه ترانزیستوری حالت جامد و حافظه هسته مغناطیسی (Magnetic Core) هنوز در دسترس نبود. اکرت برای حل مشکل ذخیره داده‌ها با سرعت بالا، به جای الکترونیک خالص، به یک شاهکار فیزیک آکوستیک متوسل شد: حافظه خط تاخیر صوتی جیوه‌ای (Mercury Acoustic Delay Line).

این سیستم حافظه دقیقاً شبیه به یک تردست ماهر است که سه توپ را به‌صورت مداوم در هوا می‌چرخاند. چون دستان تردست ظرفیت نگهداری دائم و ثابت توپ‌ها را ندارد، آن‌ها را در یک حلقه متحرک در هوا نگه می‌دارد. تا زمانی که توپ‌ها در حرکت‌اند، سیستم کار می‌کند.

در کالبد یونیواک، مخازن استوانه‌ای بلندی پر از فلز مایع و سمی جیوه تعبیه شده بود. زمانی که پردازنده می‌خواست یک داده دودویی را در حافظه ذخیره کند، پالس برقی را به یک کریستال پیزوالکتریک نصب شده در یک سر لوله جیوه ارسال می‌کرد. این کریستال با دریافت برق مرتعش می‌شد و پالس الکتریکی را به یک موج صوتی فیزیکی تبدیل می‌کرد. موج صوتی القا شده سپس درون فلز مایع جیوه به حرکت درمی‌آمد و با سرعت صوت در آن محیط متراکم حرکت می‌کرد تا مسافت لوله را طی کند.

در سر دیگر لوله جیوه‌ای، یک گیرنده پیزوالکتریک دیگر قرار داشت که موج صوتی را دریافت و آن را دوباره به پالس الکتریکی تبدیل می‌کرد. این پالس الکتریکی که به‌دلیل عبور از جیوه ضعیف شده بود، توسط مدارهای لامپ خلاء تقویت می‌شد و دوباره از طریق کابل به کریستال ابتدای لوله بازگردانده می‌شد.

حافظه ۱۲ هزار کاراکتری یونیواک در آن زمان یک معجزه بود، اما جالب است بدانید این مقدار حتی برای ذخیره کردن یک عکس پروفایل کم‌کیفیت در تلگرام امروزی هم کافی نیست! اما همین حافظه ناچیز توانست سرنوشت سیاسی یک کشور را پیش‌بینی کند.

نوارهای آهنین و انقلاب در گلوگاه داده: ظهور UNISERVO

اداره سرشماری آمریکا برای پردازش اطلاعات جمعیت به ماشینی با فراتز از دستگاه کارتخوان نیاز داشت، اما واقعیت تلخ این بود که داده‌های میلیون‌ها شهروند آمریکایی همچنان روی کوهی از کارت‌های مقوایی سوراخ‌دار سنتی ذخیره شده بود. یونیواک برای رسیدن به پتانسیل واقعی خود می‌بایست از سد محدودیت‌های فیزیکی کاغذ عبور می‌کرد، زیرا کارت‌خوان‌های مکانیکی هرگز نمی‌توانستند پابه‌پای پردازنده‌های الکترونیکی با سرعت ۲٫۲۵ مگاهرتز حرکت کنند. اینجا بود که یک نوآوری خیره‌کننده و ماندگار دیگر ظهور کرد: نوار مغناطیسی دیجیتال و گرداننده دیسک UNISERVO I.

تا اواخر دهه ۱۹۴۰، مهندسان صوت می‌دانستند که می‌توان صدا را روی نوارهای مغناطیسی پلاستیکی ضبط کرد، اما استفاده از این نوارها برای ثبت میلیون‌ها بیت داده دیجیتال با سرعت بالا یک چالش مهندسی بود. نوارهای پلاستیکی اولیه در اثر شتاب‌گیری و ترمزهای ناگهانی موتورهای گرداننده، به سادگی کشیده شده یا پاره می‌شدند.

مهندسان یونیواک راه‌حلی سنگین، گران‌قیمت اما کاملاً مقاوم یافتند. آن‌ها از نوارهایی به عرض نیم اینچ، ساخته شده از آلیاژ سنگین نیکل و برنز فسفردار (که با مواد مغناطیسی روکش شده بود) به نام Vicalloy استفاده کردند.

• هر حلقه از این نوارهای فلزی درایو UNISERVO طولی برابر با حدود ۳۶۵ متر داشت و جرم یک حلقه از آن به طرز عجیبی به حدود ۱/۸ کیلوگرم می‌رسید! این یعنی اپراتورها باید دیسک‌های فلزی سنگینی را در طول روز جابه‌جا می‌کردند.
• این نوارهای فلزی می‌توانستند با سرعت ۲/۵ متر بر ثانیه به سمت جلو حرکت کنند و با تراکم بسیار بالای ۱۲۸ کاراکتر در هر اینچ، داده‌ها را بخوانند یا بنویسند. سرعت بالای حرکت نوارها باعث دستیابی به نرخ انتقال شگفت‌انگیز ۷۲۰۰ کاراکتر بر ثانیه می‌شد.

هنر کنترل زمان: مفهوم بافرهای ورودی/خروجی (Overlapped I/O)

یکی از دلایلی که مهندسان نرم‌افزار و معماران سخت‌افزار، یونیواک را تا به امروز ستایش می‌کنند، حل یک مشکل اساسی به نام توقف پردازنده (Processor Stall) است.

یونیواک اولین کامپیوتر تجاری در تاریخ فناوری بود که از مفهوم پیشرفته بافرهای ورودی/خروجی برای مدیریت تجهیزات ذخیره‌سازی استفاده کرد. طراحان این ماشین، دو حافظه موقت (بافر) کاملاً مجزا و اختصاصی، یکی برای داده‌های ورودی (به نام رجیستر I) و یکی برای داده‌های خروجی (به نام رجیستر O) طراحی کردند.

این تفاوت معماری، دقیقاً مانند آشپزی است که هر بار برای اضافه کردن یک عدد پیاز به غذا، باید کار را متوقف کند و تا انبار برود (توقف پردازنده)، در مقابل سرآشپزی که یک دستیار اختصاصی دارد که به‌طور مداوم و مستقل سبد مواد اولیه روی پیش‌خوان را پر می‌کند (بافر ورودی)، بنابراین سرآشپز (CPU) هرگز متوقف نمی‌شود و بی‌وقفه به آشپزی ادامه می‌دهد.

به این ترتیب، ۱۰ گرداننده نوار متصل به سیستم می‌توانستند هم در جهت جلو و هم در جهت عقب داده‌ها را بخوانند و اطلاعات را از طریق مخازن حافظه جیوه‌ای مجزا به پردازنده تحویل دهند. برای ورود اطلاعات از کارت‌های پانچ شده به این سیستم مدرن، از دستگاه‌های جانبی عظیمی به نام مبدل کارت به نوار استفاده می‌شد که کوه کارت‌های مقوایی را می‌خواندند و اطلاعات آن‌ها را روی نوارهای مغناطیسی فلزی می‌نوشتند.

پارانویا و کمال: وسواس مرگبار در کنترل صحت داده‌ها

برای مشتریانی مانند اداره سرشماری آمریکا که پایگاه داده هویتی کل کشور را در دست داشت، یا شرکت‌های بیمه و صنایع مالی که با میلیون‌ها دلار سر و کار داشتند، حتی رخ دادن یک درصد خطا در محاسبات می‌توانست به فجایع اقتصادی و حقوقی جبران‌ناپذیری منجر شود.

از سوی دیگر، بیش از ۵٬۲۰۰ لامپ خلاء استفاده شده در یونیواک، داغ و شکننده بودند و امکان سوختن آن‌ها، افت ولتاژ و ایجاد نویزهای الکترونیکی پنهان در داده‌ها بسیار بالا بود. پس چگونه می‌شد به خروجی این ماشین اعتماد کرد؟

پاسخ این سوال در معماری یونیواک نهفته است. این سیستم با سطحی از بدبینی و وسواس در مهندسی طراحی شده بود که آن را به یکی از قابل‌اعتمادترین سیستم‌های پردازشی تمام تاریخ محاسبات تبدیل کرد.

معماری موازی و تکراری

شاید باورش سخت باشد، اما تمامی مدارهای پردازشی اصلی، مسیرهای حسابی و ثبات‌ها در قلب یونیواک به‌صورت کاملاً دوگانه طراحی و ساخته شده بودند.

این کار زمانِ ارزشمند عیب‌یابی را با استفاده از نقشه‌های غول‌پیکر شماتیک به‌شدت کاهش می‌داد و از تولید و ذخیره داده‌های فاسد جلوگیری می‌کرد. در واقع در این معماری، هیچ زمان پردازشی بابت اجرای روتین‌های نرم‌افزاری خطایابی هدر نمی‌رفت زیرا سخت‌افزار ماشین خودش پاسبان و بازرس خودش بود.

اختراع بیت توازن (Parity Bit Check)

فراتر از مدارهای تکراری پردازنده، یونیواک برای هر کاراکتر ۶ بیتی که در سیستم جریان داشت، یک مدار هوشمند برای اضافه کردن بیت هفتم به‌عنوان بیت توازن تعبیه کرده بود. این مدار کنترل فرد یا زوج در تمام طول مسیر انتقال، بررسی می‌کرد که در حین جابه‌جایی داده بین حافظه جیوه‌ای، پردازنده و نوارهای مغناطیسی، آیا هیچ پالسی به اشتباه خاموش یا روشن شده است یا خیر.

جالب است بدانید که این سطح از کنترل خطای سخت‌افزاری به قدری محافظه‌کارانه، بی‌رحمانه و گران‌قیمت بود که مهندسان رمینگتون رند در مدل‌های تجاری بعدی (مانند UNIVAC II)، بخش‌هایی از این مدارهای اصلاح خطا را با خیال راحت حذف کردند.

مهندسان سخت‌افزار برای تضمین این پایداری، یک پروتکل سخت‌گیرانه صنعتی ایجاد کرده بودند: لامپ‌های خلاء را پیش از نصب روی سیستم نهایی، ساعت‌ها تحت فشار الکتریکی تست می‌کردند. بعد از این تست، اغلب نیمی از هر محموله تولیدی را دور می‌ریختند تا تنها لامپ‌های کاملاً بی‌نقص وارد کالبد یونیواک شوند.

طلوع در اداره سرشماری: ۳۱ مارس ۱۹۵۱

پس از سال‌ها طراحی شبانه‌روزی، تست‌های بی‌رحمانه قطعات، و گذر از بحران‌های مالی و مرگ سرمایه‌گذاران، سرانجام روز موعود برای تاریخ پردازش داده‌ها فرا رسید. در روز ۳۱ مارس ۱۹۵۱، اولین کامپیوتر تجاری همه‌منظوره تاریخ به‌طور رسمی با برگزاری یک مراسم نمادین و پرشکوه در محل کارخانه بخش اکرت-ماکلی رمینگتون رند، واقع در خیابان ریج پلاک ۳۷۴۷ در شهر فیلادلفیا، به نمایندگان اداره سرشماری ایالات متحده تحویل داده شد.

از سوی دیگر، آن‌ها به تنها نمونه کارآمد ساخته‌شده برای دمو و نمایش عملکرد به خریداران احتمالی تجاری، نیاز حیاتی داشتند. بنابراین، یک توافق عجیب شکل گرفت: اداره سرشماری تا ماه‌ها، کامیون کامیون کارت‌های سوراخ‌دار فیزیکی حاوی اطلاعات مردم را به فیلادلفیا می‌فرستاد.

این دستگاه افسانه‌ای پیش از تایید نهایی توسط دولت، باید آزمون‌های سخت‌گیرانه و بی‌سابقه‌ای را می‌گذراند. نتایج این تست‌ها که در مجله معتبر انجمن ریاضیات آمریکا در جولای ۱۹۵۱ با افتخار منتشر شد، نشان داد که یونیواک توانسته است به‌طور صددرصد بی‌نقصی ماموریت‌های زیر را انجام دهد.

پس از موفقیت در تست‌ها، یونیواک به‌طور رسمی درگیر پردازش بخش‌هایی از سرشماری جمعیت به تعویق افتاده سال ۱۹۵۰ شد و مدتی بعد، با اثبات توانایی‌هایش، کل بار پردازشی سنگین سرشماری جامع اقتصادی سال ۱۹۵۴ را به تنهایی به دوش کشید. در نهایت، به‌دلیل نیاز به نمایش در شرکت، نمونه اول هرگز به واشنگتن منتقل نشد.

در عوض، دومین دستگاه تولید شده از این خط، در ژوئن ۱۹۵۲ مستقیماً به ساختمان پنتاگون و اداره سرشماری تحویل داده شد. موفقیت چشمگیر و تحول‌آفرین این پروژه، اداره سرشماری را سوق داد تا با تخصیص بودجه کلان، در اواسط دهه ۵۰ میلادی، دستگاه دومی را بخرد تا برای آمادگی در سرشماری ۱۹۶۰، زیرساخت خود را به دو دستگاه مدرن‌تر UNIVAC 1105 ارتقا دهد.

شبی که ماشین، انسان را شکست داد: انتخابات ۱۹۵۲

با وجود تمام موفقیت‌های فنی در راهروهای خشک و بی‌روح ادارات دولتی، شاید تاثیرگذارترین لحظه در تاریخ یونیواک، در استودیوهای پر زرق و برق و پرالتهاب شبکه CBS رقم خورد. در پاییز سال ۱۹۵۲، مدیران رمینگتون رند، به‌دنبال یک صحنه قدرت‌نمایی عمومی در سطح ملی برای بازاریابی محصول گران‌قیمت خود بودند. آن‌ها یک دستگاه یونیواک (پنجمین دستگاه تولید شده که در اصل به کمیسیون انرژی اتمی آمریکا تعلق داشت) را با هماهنگی به شبکه CBS قرض دادند تا در برنامه‌ای جاه‌طلبانه، نتایج انتخابات ریاست‌جمهوری را در شب ۴ نوامبر به‌صورت علمی پیش‌بینی کند.

تیم برنامه‌نویسان یونیواک، داده‌های تاریخی دوره‌های گذشته انتخابات و الگوریتم‌های پیچیده وزن‌دهی آماری را طی هفته‌ها برنامه‌نویسی طاقت‌فرسا وارد سیستم کرده بودند. همان‌طور که در مقدمه اشاره شد، فضای سیاسی آن زمان ملتهب بود و اکثر نظرسنجی‌های سنتی از جمله موسسه گالوپ، انتخاباتی بسیار نزدیک با تمایل به پیروزی استیونسون را قطعی می‌دانستند.

در ساعت ۸:۳۰ شب، درحالی‌که هنوز صندوق‌های رای در بسیاری از ایالت‌ها باز بود و تنها ۵٫۵ درصد از آرای اولیه ایالت‌های شرقی به سیستم وارد شده بود، پرینتر یونیواک با صدای مکانیکی خود شروع به تایپ نتایج کرد. اکرت و تیم مهندسان با ناباوری به خروجی چاپ‌شده نگاه کردند. ماشین با قاطعیت و بدون هیچ تردیدی، پیروزی طوفانی آیزنهاور را با شانس باورنکردنی ۱۰۰ به ۱ پیش‌بینی کرده بود.

ترس از یک آبروریزی ملی و از دست دادن اعتبار شبکه باعث شد مقامات عالی‌رتبه CBS و حتی تیم تبلیغاتی رمینگتون رند دچار تردید و دستپاچگی شوند. چارلز کالینگوود روی آنتن زنده رفت، اما با طفره رفتن از اعلام ارقام دقیق، نتیجه قطعی ماشین را از دید مردم پنهان کرد. در پشت‌صحنه، مهندسان تحت فشار مدیریت، ضریب‌های الگوریتم را به‌صورت دستی تغییر دادند تا پیش‌بینی را تضعیف و به خرد جمعی نظرسنجی‌ها نزدیک‌تر کنند.

اما واقعیت قابل کتمان نبود. آیزنهاور با یک پیروزی قاطع و به دست آوردن اکثریت مطلق آرای الکترال برنده انتخابات شده بود، دقیقاً و مو به مو همان‌طور که الگوریتم دست‌نخورده اولیه یونیواک در ساعت ۸:۳۰ پیش‌بینی کرده بود. آرتور دراپر (Arthur Draper) از مدیران رمینگتون رند مجبور شد در یک لحظه تاریخی روی آنتن زنده شبکه حاضر شود و با شرمساری اعتراف کند:

ما باید ماشین را به حال خودش رها می‌کردیم. ما به ماشین خودمان ایمان نداشتیم و الگوریتم را دستکاری کردیم. کامپیوتر از انسان‌ها باهوش‌تر بود.

این رویداد دراماتیک، بازتابی شگرف و عمیق در فرهنگ عامه آمریکا داشت. یونیواک یک‌شبه به ستاره بلامنازع انتخابات تبدیل شد و میلیون‌ها آمریکایی برای اولین بار قدرت پیش‌گویی داده‌ها را به چشم دیدند. پس از آن شب، نام تجاری یونیواک برای بیش از یک دهه در ذهن مردم آمریکا با مفهوم انتزاعی کامپیوتر مترادف شد.

میراثی فراتر از لامپ‌های خلاء: بازنشستگی یک اسطوره

یونیواک ۱ که با افتخار متعلق به اداره سرشماری ایالات متحده بود، برای بیش از ۱۲ سال متمادی و ثبت رقم شگفت‌انگیز بیش از ۷۳ هزار ساعت عملیاتی، به پردازش آمار اقتصادی و جمعیتی آمریکا ادامه داد. در این مدت، ۴۶ دستگاه یونیواک دیگر در سطح آمریکا با هزینه میلیون‌ها دلار تولید و به نهادهای حیاتی نظامی، آژانس‌های دولتی و شرکت‌های تجاری پیشرو فروخته شد.

در اواسط و اواخر دهه ۱۹۵۰ میلادی، با ظهور فناوری‌های جدید، لامپ‌های خلاء داغ و پرمصرف و حافظه‌های کُند جیوه‌ای به‌سرعت جای خود را به ترانزیستورهای حالت جامد بسیار کوچک و حافظه‌های پرسرعت هسته مغناطیسی دادند.

اگرچه شرکت رمینگتون رند با ارتقای مستمر محصولات خود و معرفی نسخه‌هایی مانند یونیواک ۲ تلاش کرد سهم رهبری خود را در بازار حفظ کند ، در نهایت، کنترل بلامنازع بازار کامپیوترهای بزرگ تجاری به دستان شرکتی افتاد که اتفاقاً از همان روزهای اختراع هرمان هولریث شکل گرفته بود: شرکت IBM. سلطه تکنولوژیک و تجاری IBM در اواخر دهه ۵۰ و ۶۰ میلادی تا حدی پیش رفت که استاندارد ذخیره‌سازی داده‌های آن‌ها جایگزین فناوری نوار فلزی و سنگین یونیواک شد.

در پاییز سال ۱۹۶۳، اداره سرشماری آمریکا پس از ۱۲ سال کار بی‌وقفه، سرانجام نخستین یونیواک ۱ تاریخ را از مدار خارج کرد و کالبد عظیم آن را به عنوان یک دستاورد ملی به موسسه و موزه اسمیتسونین اهدا نمود. روزنامه نیویورک تایمز در واکنش به پایان کار این غول متفکر که روزی آینده آمریکا را پیش‌بینی کرده بود، تیتری تاریخی، کنایه‌آمیز و به‌شدت تامل‌برانگیز در صفحه خود چاپ کرد:

اتوماسیون یک شغل دیگر را گرفت

تیتری که در ظاهر کنایه‌ای هوشمندانه و ژورنالیستی به جایگزینی ماشین‌های قدیمی با ماشین‌های ترانزیستوری جدیدتر بود، اما در لایه‌های پنهان خود، ترسی عمیق و وجودی از آینده‌ای تمام‌ماشینی را در دل جامعه آمریکا پنهان داشت؛ آینده‌ای که در آن هوش مصنوعی هیچ شغلی را در امان نخواهد گذاشت.

ماشین‌هایی که جای ما خواب می‌بینند

اگر امروز در اتاق‌های کنترل ناسا می‌توانیم مسیر توفان‌های اقیانوسی را پیش از شکل‌گیری کامل شبیه‌سازی کنیم، اگر شبکه‌های عصبی عمیق را برای کشف داروهای ضدسرطان آموزش می‌دهیم، یا اگر خروجی انتخابات الکترونیک را در صدم ثانیه در نمایشگر موبایل خود پایش می‌کنیم، همه و همه مدیون معماری و جسارتی است که روی شانه‌های آن هیولای هشت‌فوتیِ پُر از لامپ‌های خلاء درخشان، کابل‌های ضخیم و لوله‌های صوتی پر از جیوه ایستاده است.

داستان تلاش‌های جان ماکلی و پرسپر اکرت، روایت نبردی است از جنس نبوغ که تا مرز نابودی، ناامیدی و ورشکستگی مطلق پیش رفت، اما در نهایت ابزاری خلق کرد که به خطایابی خودکار و بی‌نقص متعهد بود و هرگز اجازه نمی‌داد اشتباهات انسانی در رگ‌هایش جریان یابد.

یونیواک شاید دهه‌هاست که بازنشسته شده باشد، اما پژواک صداهایی که روزگاری در لوله‌های جیوه‌ای آن در حال پرواز بودند، هنوز در قلب تک‌تک تراشه‌های سیلیکونی اطراف ما، از تلفن‌های هوشمند تا سرورهای ابری، طنین‌انداز است.

به نظر شما اگر امروز یک هوش مصنوعی نتایج انتخابات یک کشور را برخلاف تمام نظرسنجی‌ها پیش‌بینی کند، رسانه‌ها شجاعت انتشار آن را دارند؟ نظرات خود را در بخش دیدگاه‌ها با ما به اشتراک بگذارید.