Колос (рачунар)

Рачунар Колос (енгл. Colossus computer; Colossus) је била једна од првих машина коју су користили Британци да би разбијали немачке шифре за време Другог светског рата.

Колос

Колос је пројектовао инжењер Томи Флауерс (Tommy Flowers) у сарадњи са математичаром Максом Нојманом (Max Newman) у истраживачком центру у месту Долис Хил (Dollis Hill), у Лондону. Рачунар је био смештен у Блечли Парку (Bletchley Park), у којем су се за време Дугог светског рата проучавале немачке ратне шифре. Најпознатији случај је дешифровање немачке машине за шифровање Енигме.

Прототип Марк I почео је са радом у децембру 1943. године и био је у служби све до фебруара 1944. године. Усавршавање је било од великог значаја, па је тако већ у јуну 1944. године пуштен у рад Марк II, а до краја рата произведено је чак 10 рачунара Колос.

Рачунари Колос су се користили за дешифровање порука које је претходно шифровала немачка машина Лоренц.

Блечил парк

Блечли парк је имање које се налази у градићу Блечли, сада делу града Милтон Кејнес (Milton Keynes). За време Другог светског рата, Блечли Парк је био главно здање и центар у којем су се дешифровале поруке. Овде су дешифровани кодови разних непријатељских машина, од којих је најпознатија немачка машина Енигма. Један број обавештајаца из Блечли парка, под именом Ултра, је веома заслужан за дешифровање многих порука и самим тим скраћење рата, иако неки то оспоравају. Првобитно је на овом имању била само велика вила, али је због потреба рата изграђено још мањих објеката, чији је број достигао осам. Сваки је имао посебну намену (нпр. постојали су посебни објекти за дешифровање морнаричких, ваздушних и копнених машина).

Претходници Колоса

Две битне машине које треба поменути а које су претходиле Колосу, су машине Конрада Цузеа (Konrad Zuse) Z2 и Z3.

Пошто је био незадовољан радом свог првог рачунара Z1, Зусе је решио да направи Z2. Рачунар је користио исту меморију као и Z1, али је зато користио 800 релеја, које је добио од телефонских компанија, и уз помоћ њих формирао аритметичке и контролне јединице. Та аритметичка јединица се састојала од 16-битног процесора, јер је Зусе хтео да тестира поузданост релеја при аритметичким рачунањима. Нажалост, сви пројекти и фотографије су уништени у рату, али је З2 ипак био од користи, јер је показао Зусеу да су релеји поуздани и навео га да направи нови, Z3.

Z3 је у потпуности био направљен од релеја, којих је било 600 за аритметичке јединице и 1.800 за меморијске и контролне јединице. Уз малу помоћ пријатеља, Зусе је у периоду од 1939. до 1941. конструисао Z3 у Берлину. Прављењем ове машине хтео је да покаже да је могуће направити поуздан бинарни рачунар, који се може користити за веома сложене аритметичке операције. Релеје је користио због поузданости. Међутим за време рата све слике овог рачунара су уништене.

Примена Колоса

Колос је употребљаван искључиво за дешифровање немачких порука са машине Лоренц за време Другог светског рата. Једна од употреба Колоса је била да имитира механичку функцију машине Лоренц на електронски начин. Да би се порука шифровала путем машине Лоренц, шифровани текст је комбинован са низом битова, којих је било 5 у групи. Њихов редослед је одређивало 12 зупчаника.

Бил Тат, тумач шифара у Блечли парку открио је да у радоследу шифрованог текста постоји некакво одступање и да се помоћу њега поруке могу дешифровати и разумети. Да би се поруке прочитале било је потребно да се изврше две ствари. Прва је била дешифровање шеме точка, којом би се утврдила тачна шема клинова на свим точковима. Ове шеме су биле урезиване у машину Лоренц и биле су коришћене у одређеном временском периоду и за одређени број порука. Друга је била подешавање точка, и могла се извршити тек након прве фазе. При шифровању сваке поруке на Лоренц машини, почетна позиција точка је била на другом месту. Процесом подешавања могао се тачно утврдити положај точка. Колос је у почетку употребљаван само за другу фазу, али су касније су научници дошли до закључка да се он може користити и за дешифровање шеме точка. Колос је радио у „Nojmanovom delu“, одсеку у Блечли парку који се бавио функционисањем машине Лоренц, а којим је управљао Макс Нојман.

Колос је настао као резултат другог пројекта, а то је била оптичко-механичка машина кој се звала „Хит Робинсон“ (Heath Robinson). Име јој је дао женски део краљевске морнарице, који је и управљао њоме. Главни проблем машине било је усклађивање две бушене траке, једну коју је давала шифрована порука и другу која је приказивала шеме са точкова на машини Лоренц, које су се растезале при брзини читања од преко 1.000 карактера у секунди, што је доводило до давања непоузданих информација. Прављењем Колоса овај проблем је решен тако што је Колос једну од ових трака правио електронским путем. Друга трака је могла да прође кроз Колос при много већој брзини и самим тим је давала поузданије резултате.

Прављење Колоса

Тим којим је руководио Томи Флауерс, провео је једанаест месеци (од почетка фебруара 1943. до јануара 1944. године) на пројектовању и прављењу Колоса, у истраживачкој станици Пост Офис (Post Office), у северозападном Лондону. Након теста којим је проверено да ли машина ради, у децембру 1943. године, Колос је расклопљен и послат у Блечли парк, где је стигао 18. јануара 1944. године, а прву поруку је покашао да дешифрује само месец дана касније.

После Марк-а I, уследила је производња још чак девет машина Марк II, од којих је прва била у функционалном стању у јуну 1944. године. Марк I је имао доста сличности са машином Марк II. Једанаести Колос је коначно направљен на крају рата. Марк I је имао чак 1.500 електронских цеви. Марк II са 2.400 електронских цеви је радио чак 5 пута брже, био је много лакши за коришћење и умногоме је убрзао процес дешифровања порука. За време конструисања Марк I рачунара, Марк II је тек био у фази пројектовања. На пример, каснији рачунари, као што је Манчестерски Марк I користили су чак 4.200 електронских цеви.

Колос се ослободио друге траке (раније су биле коришћене две, као на пример, код машине Хит Робинсон), тако што је изводио шеме точка електронским путем и зато што је био у стању да обради 5.000 карактера у секунди. Електрична кола су била под контролом часовника који је такође зависио од бушених трака, тако да је брзина израчунавања била условљена брзином учитавања трака. Сам конструктор Томи Флауерс је покушао са већим брзинама (9.400 k/s), али се на крају задовољио првобитном. Некада су исти проблем покушавали да реше са два Колоса (паралелно рачунање), и тиме убрзали процес дешифровања.

При изради Колоса први пут су коришћени електромеханички релеји, који су омогућавали истовремено обављање пет тестова, од којих је сваки имао по 100 логичких (Boolean) операција. Колос је у почетку употребљаван да открије почетни положај точка код машине Лоренц. Марк II је садржао механизам и за откривање шеме клинова. Оба модела су се доста разликовала од модела „Робинсон“.

Конструкција и функционисање

Обновљен Колос

Колос је користио вакуумске цеви (термоелектронске цеви), тиратроне и веома осетљиве детекторе ултраљубичастих и инфрацрвених зрака, да би оптички очитавао папирну траку а затим сваком знаку додавао програмирану логичку функцију, бројећи колико често ова функција показује ’’тачно’’. Иако је било познато да машине са много електронских цеви имају висок степен грешака, схваћено је да су се грешке код цеви најчешће дешавале ако би нешто пореметило напајање машине, тако да Колос машине, када су једном укључене, никад нису искључиване осим ако нису добро радиле.

Колос је био прва од електронских дигиталних машина која је имала ограничену програмираност. Ипак, то није био у целости рачунар за генералну примену, пошто није био Тјуринг-комплетан (Turing-complete; што је значило да није имао програмски језик), иако је Алан Тјуринг (Alan Turing), на чијем истраживању је заснована дефиниција, радио у Блечли парку где је Колос пуштен у рад. Тада још није схваћено да је Тјуринг-комплетност од значаја; већина осталих нових модерних рачунарских машина је није имало (нпр. Атанасов-Бери компјутер (Atanasoff-Berry Computer), Харвард Марк I машина са електромеханичким релејима, машине са релејима Бел лабораторија, прва два дизајна Конрада Зусеа итд.). Представа о рачунару као машини за општу употребу, а не само великог дигитрона који решава тешке проблеме, није постала запажена до после неколико година.

Над Колосом је предњачило неколико рачунара, од којих су многи били први у некој области. Зусеов Z3 био је први функционални рачунар који је био потпуно програмски контролисан, и био је заснован на електромеханичким релејима, као и (мање сложени) машине Бел лабораторија из касних 30-их година. ABC рачунар био је електронски и бинаран (дигиталан) али без могућности програмирања. Аналогни рачунари за сортирање били су полупрограмски; неки од њих су били из периода много пре 1930. године (нпр. Ваневар Буш (Vannevar Bush)). Бебиџова аналитичка машина претходила је свима њима (1800), и била је и дигитална и програмска, али је изграђена само делимично и у то време није радила (ипак, реплика његове Differnece engine No. 2 (специјални калкулатор), из 1991. године, ради). Колос је први комбиновао дигитално (делимично), програмско и електронско. Први потпуно програмиран дигитални електронски рачунар био је Small Scale Expermental Machine (рачунар којим је руководио програм који је био у самом рачунару), направљен 1948. године у Манчестеру.

Направљена је и реплика Колоса Марк II, и она се може видети у Музеју Блечли парк, који се налази у области Buckinghamshire на југу Енглеске.

Види још

• Харвард Марк I
• ЕНИАЦ
• УНИВАЦ