In ons het die opkoms van outomatiese telefoonsentrales beskryf, wat deur afloskringe beheer is. Hierdie keer wil ons praat oor hoe wetenskaplikes en ingenieurs afloskringe ontwikkel het in die eerste – nou vergete – generasie digitale rekenaars.
Aflos op sy hoogtepunt
As jy onthou, is die werking van 'n aflos gebaseer op 'n eenvoudige beginsel: 'n elektromagneet werk 'n metaalskakelaar. Die idee van die aflos is onafhanklik in die 1830's voorgestel deur verskeie natuurkundiges en entrepreneurs in die telegraafbedryf. Toe, in die middel van die XNUMXde eeu, het uitvinders en meganika die aflos omskep in 'n betroubare en onmisbare komponent van telegraafnetwerke. Dit was in hierdie gebied dat die lewe van die aflos sy hoogtepunt bereik het: dit is geminiaturiseer, en generasies van ingenieurs het 'n magdom ontwerpe geskep, formeel opgelei in wiskunde en fisika.
Aan die begin van die 1870ste eeu het nie net outomatiese skakelstelsels nie, maar byna alle telefoonnetwerktoerusting die een of ander soort aflos bevat. Een van die vroegste gebruike in telefonie dateer uit die XNUMX's, in handskakelaars. Toe die intekenaar die handvatsel van die telefoon (magneto-handvatsel) gedraai het, is 'n sein na die telefoonsentrale gestuur, wat die blender aanskakel. Blenker is 'n aflos wat, wanneer dit geaktiveer word, op die skakeltafel by die telefoonoperateur, 'n metaalsluiter geval het, wat 'n inkomende oproep aangedui het. Toe het die dame-operateur die prop in die koppelstuk gesit, die relais is teruggestel, waarna dit weer moontlik was om die demper op te lig, wat deur 'n elektromagneet in hierdie posisie gehou is.
Teen 1924, het twee Bell-ingenieurs geskryf, het 'n tipiese handtelefoonsentrale ongeveer 10 40 intekenare bedien. Haar toerusting het 65-10 duisend relais bevat, waarvan die totale magnetiese krag "voldoende was om XNUMX ton op te lig." In groot telefoonsentrales met masjienskakelaars is hierdie eienskappe met twee vermenigvuldig. Baie miljoene relais is regdeur die Amerikaanse telefoonstelsel gebruik, en hul getal het geleidelik toegeneem namate telefoonsentrales geoutomatiseer is. Een telefoonverbinding kan van 'n paar tot 'n paar honderd relais dien - afhangend van die aantal en toerusting van die betrokke telefoonsentrales.
Die fabrieke van Western Electric, Bell Corporation se vervaardigingsarm, het 'n groot verskeidenheid relais vervaardig. Ingenieurs het soveel modifikasies geskep dat die mees gesofistikeerde hondetelers of duiweliefhebbers hierdie verskeidenheid sal beny. Die spoed van werking en sensitiwiteit van die aflos is geoptimaliseer, die afmetings is verminder. In 1921 het Western Electric byna 5 miljoen relais van honderd basiese tipes vervaardig. Die massiefste was die Type E universele aflos, 'n plat, amper reghoekige toestel wat 'n paar tientalle gram geweeg het. Dit is meestal gemaak van gestempelde metaalonderdele, dit wil sê, dit was tegnologies gevorderd in produksie. Die omhulsel het die kontakte teen stof en geïnduseerde strome van naburige toestelle beskerm: gewoonlik is die relais naby mekaar gemonteer, in rakke met honderde en duisende relais. In totaal is 3 duisend variante van tipe E ontwikkel, wat elkeen verskil het in wikkel- en kontakkonfigurasies.
Binnekort het hierdie relais begin gebruik word in die mees komplekse skakelaars.
Koördinaatskakelaar
In 1910 het Gotthilf Betulander, 'n ingenieur by die Royal Telegrafverket, die staatsbeheerde korporasie wat die grootste deel van die Sweedse telefoonmark (byna almal vir dekades) beheer het, 'n idee gehad. Hy het geglo dat hy die doeltreffendheid van die Telegrafverket se bedrywighede aansienlik kon verbeter deur outomatiese skakelstelsels te bou wat geheel en al op relais gebaseer is. Meer presies, op aflosmatrikse: roosters van staalstawe wat aan telefoonlyne gekoppel is, met relais by die kruisings van die stawe. So 'n skakelaar moet vinniger, meer betroubaar en makliker wees om te onderhou as stelsels wat gebaseer is op gly of roterende kontakte.
Boonop het Bethulander met die idee vorendag gekom dat dit moontlik is om die dele van die stelsel wat verantwoordelik is vir seleksie en aansluiting in onafhanklike afloskringe te skei. En die res van die stelsel moet slegs gebruik word om 'n stemkanaal te vestig, en dan bevry word om 'n ander oproep te bedien. Dit wil sê, Betulander het met die idee vorendag gekom, wat later “common control” (common control) genoem is.
Hy het die stroombaan wat die nommer van die inkomende oproep stoor "opnemer" genoem ('n ander term is register). En die skema wat in die rooster vind en die beskikbare verbinding "merk", het hy die "merker" genoem. Die skrywer het sy stelsel gepatenteer. Verskeie sulke stasies het in Stockholm en Londen verskyn. En in 1918 het Bethulander van 'n Amerikaanse innovasie geleer: die dwarsstaafskakelaar, wat vyf jaar tevore deur Bell-ingenieur John Reynolds geskep is. Hierdie skakelaar was baie soortgelyk aan die ontwerp van Betulander, maar dit gebruik n+m onderhoud aflos n+m matriksnodes, wat baie geriefliker was vir die verdere uitbreiding van telefoonsentrales. Wanneer 'n verbinding tot stand gebring is, het die houbalk die "vingers" van die klaviersnare vasgeklem, en die kiesbalk het oor die matriks beweeg om aan 'n ander oproep te koppel. Die volgende jaar het Bethulander hierdie idee in sy kommutatorontwerp geïnkorporeer.
Maar die meeste ingenieurs het Bethulander se skepping as vreemd en onnodig kompleks beskou. Toe dit tyd geword het om 'n skakelstelsel te kies om die netwerke van die grootste Sweedse stede te outomatiseer, het Telegrafverket gekies vir 'n ontwerp wat deur Ericsson ontwikkel is. Bethulander-skakelaars is slegs in klein telefoonsentrales in landelike gebiede gebruik: die relais was meer betroubaar as die gemotoriseerde outomatisering van Ericsson-skakelaars en het nie onderhoudstegnici by elke sentrale vereis nie.
Amerikaanse telefooningenieurs het egter 'n ander mening oor hierdie saak gehad. In 1930 het Bell Labs in Swede aangekom en was "baie beïndruk met die parameters van die koördinaatwisselmodule." Met hul terugkeer het die Amerikaners dadelik begin werk aan wat bekend sou staan as "koördinaatstelsel nr. 1", wat paneelskakelaars in groot stede vervang. Teen 1938 is twee sulke stelsels in New York geïnstalleer. Hulle het gou standaardtoerusting vir stadstelefoonsentrales geword, totdat dit meer as 30 jaar later deur elektroniese skakelaars vervang is.
Die interessantste komponent van dwarsbalk #1 was die nuwe, meer komplekse merker wat by Bell ontwikkel is. Dit was bedoel om 'n gratis roete van die oproeper na die oproeper te soek deur verskeie koördinaatmodules wat aan mekaar gekoppel is, waardeur 'n telefoonverbinding geskep is. Die teken moes ook elke verbinding toets vir die toestand van "vry" / "besig". Dit het die toepassing van voorwaardelike logika vereis. Soos die historikus Robert Chapuis geskryf het:
Die keuse is arbitrêr omdat 'n gratis verbinding slegs gehou word as dit toegang bied tot 'n spoor wat 'n vrye verbinding na die volgende vlak as sy uitset het. As verskeie stelle verbindings aan die verlangde voorwaardes voldoen, kies die "prioriteitslogika" (voorkeurlogika) een van die [bestaande] kleinste verbindings ...
Die dwarsbalk is 'n perfekte voorbeeld van kruisbevrugting van tegnologiese idees. Betulander het sy alle-aflosskakelaar geskep, dit toe verbeter met 'n Reynolds-skakelaarmatriks en bewys dat die gevolglike ontwerp werk. AT&T-ingenieurs het later hierdie hibriede skakelaar herontwerp, dit verbeter en die nommer 1-koördinaatstelsel geskep. Hierdie stelsel het toe 'n komponent van twee vroeë rekenaars geword, waarvan een nou bekend staan as 'n mylpaal in die geskiedenis van rekenaars.
Wiskundige berekeninge (Wiskundige arbeid)
Om te verstaan hoe en hoekom relais en hul elektroniese neefs gehelp het om rekenaars te revolusioneer, het ons 'n kort uitweiding in die wêreld van wiskundige rekenaar nodig. Daarna sal dit duidelik word waarom daar 'n verskuilde vraag na optimalisering van rekenaarprosesse is.
Teen die begin van die XNUMXste eeu was die hele stelsel van moderne wetenskap en ingenieurswese gebaseer op die werk van duisende mense wat wiskundige berekeninge uitgevoer het. Hulle is geroep rekenaars (rekenaars)[Om verwarring te voorkom, sal die term hierna gebruik word sakrekenaars. — Let wel. per.]. Terug in die 1820's het Charles Babbage geskep (alhoewel sy apparaat ideologiese voorgangers gehad het). Sy hooftaak was om die konstruksie van wiskundige tabelle te outomatiseer, byvoorbeeld vir navigasie (berekening van trigonometriese funksies deur polinoombenaderings by 0 grade, 0,01 grade, 0,02 grade, ens.). Daar was ook 'n groot aanvraag vir wiskundige berekeninge in sterrekunde: dit was nodig om die rou resultate van teleskoopwaarnemings in vaste streke van die hemelsfeer (en die afhanklikheid van die tyd en datum van waarnemings) te verwerk of om die wentelbane van nuwe voorwerpe te bepaal (byvoorbeeld Halley se komeet).
Sedert die tyd van Babbage het die behoefte aan rekenaars eksponensieel gegroei. Elektrisiteitsmaatskappye moes die gedrag van kragoordragstelsels met uiters komplekse dinamiese eienskappe verstaan. Kanonne gemaak van Bessemer-staal, wat in staat was om projektiele oor die horison te gooi (en dus, as gevolg van direkte waarneming van die teiken, was hulle nie meer gerig nie), het toenemend akkurate ballistiese tabelle vereis. Nuwe statistiese hulpmiddels wat 'n groot hoeveelheid wiskundige berekeninge behels het (byvoorbeeld die metode van kleinste kwadrate) is toenemend in beide die wetenskap en in die groeiende staatsapparaat gebruik. Universiteite, regeringskantore en industriële korporasies het rekenaardepartemente ontstaan wat gewoonlik vroue gewerf het.
Meganiese sakrekenaars het net die taak van rekenaar vergemaklik, maar het dit nie opgelos nie. Sakrekenaars het rekenkundige bewerkings versnel, maar enige komplekse wetenskaplike of ingenieurstaak het honderde of duisende bewerkings vereis, wat elkeen die sakrekenaar (mens) met die hand moes uitvoer en alle tussenresultate noukeurig aanteken.
Verskeie faktore het bygedra tot die ontstaan van nuwe benaderings tot die probleem van wiskundige berekeninge. Jong wetenskaplikes en ingenieurs, wat hul take snags pynlik bereken het, wou hul hande en oë rus. Projekbestuurders is gedwing om veral ná die Eerste Wêreldoorlog al hoe meer geld op te dok vir die salarisse van talle sakrekenaars. Ten slotte was baie gevorderde wetenskaplike en ingenieursprobleme moeilik om met die hand te bereken. Al hierdie faktore het gelei tot die skepping van 'n reeks rekenaars, waarop werk uitgevoer is onder leiding van Vannevar Bush, 'n elektriese ingenieur by die Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Differensiële ontleder
Tot op hierdie stadium was die geskiedenis dikwels onpersoonlik, maar nou gaan ons meer oor spesifieke mense praat. Glory het die skeppers van die paneelskakelaar, die Type E-relais en die vertrouensmerkkring omseil. Nie eens biografiese staaltjies het oor hulle bewaar gebly nie. Die enigste openbaar beskikbare bewyse van hul lewe is die gefossileerde oorblyfsels van die masjiene wat hulle geskep het.
Nou kan ons 'n dieper begrip van mense en hul verlede kry. Maar ons sal nie meer diegene ontmoet wat hard op die solders en werkswinkels by die huis gewerk het nie – Morse en Vail, Bell en Watson. Teen die einde van die Eerste Wêreldoorlog was die era van heldhaftige uitvinders amper verby. Thomas Edison kan as 'n oorgangsfiguur beskou word: aan die begin van sy loopbaan was hy 'n gehuurde uitvinder, en teen die einde het hy die eienaar van 'n "uitvindingsfabriek" geword. Teen daardie tyd het die ontwikkeling van die mees noemenswaardige nuwe tegnologieë die domein van organisasies geword—universiteite, korporatiewe navorsingsdepartemente, regeringslaboratoriums. Die mense waaroor ons in hierdie afdeling sal praat, het aan sulke organisasies behoort.
Neem Vanivar Bush byvoorbeeld. Hy het in 1919 by MIT aangekom toe hy 29 jaar oud was. 'n Bietjie meer as 20 jaar later was hy onder die mense wat Amerikaanse betrokkenheid by die Tweede Wêreldoorlog beïnvloed het, en gehelp het om openbare befondsing te verhoog, wat die verhouding tussen die regering, akademie en die ontwikkeling van wetenskap en tegnologie vir altyd verander het. Maar vir die doel van hierdie artikel stel ons belang in 'n reeks masjiene wat sedert die middel van die 1920's in die Bush-laboratorium ontwikkel is en bedoel was om die probleem van wiskundige berekeninge op te los.
MIT, wat onlangs van sentraal Boston na die Charles Riverfront in Cambridge verskuif het, was nou gekoppel aan die behoeftes van die bedryf. Bush het self, benewens sy professoraat, finansiële belange in verskeie elektroniese ondernemings gehad. Dit behoort jou dus nie te verbaas dat die probleem wat Bush en sy studente gelei het om aan die nuwe rekenaartoestel te werk, in die kragbedryf ontstaan het nie: om die gedrag van transmissielyne onder pieklastoestande te simuleer. Dit was natuurlik net een van die vele moontlike toepassings van rekenaars: vervelige wiskundige berekeninge is oral uitgevoer.
Bush en sy kollegas het eers twee masjiene gebou, wat hulle produkintegrawe genoem het. Maar die bekendste en suksesvolste MIT-masjien was 'n ander - differensiële ontlederin 1931 voltooi. Hy het probleme met die oordrag van elektrisiteit opgelos, die wentelbane van elektrone, die bane van kosmiese straling in die Aarde se magnetiese veld, en nog baie meer bereken. Navorsers regoor die wêreld wat rekenaarkrag benodig het, het in die 1930's dosyne kopieë en variante van die differensiële ontleder geskep. Sommige - selfs van Meccano (die Engelse analoog van die Amerikaanse kinderontwerpers van die handelsmerk ).
Die differensiële ontleder is 'n analoog rekenaar. Wiskundige funksies is bereken met behulp van roterende metaalstawe, waarvan die rotasiespoed van elkeen 'n mate van kwantitatiewe waarde weerspieël het. Die motor het 'n onafhanklike staaf aangedryf - 'n veranderlike (gewoonlik verteenwoordig dit tyd), wat op sy beurt, deur meganiese verbindings, ander stawe (verskillende differensiële veranderlikes) geroteer het, en 'n funksie is bereken op grond van die insetsnelheid van rotasie. Die berekeningsresultate is op papier in die vorm van krommes geteken. Die belangrikste komponente was integreerders – wiele wat met skywe gedraai het. Integreerders kon die integraal van 'n kromme bereken sonder vervelige handberekeninge.
Differensiële ontleder. Integrale module - met 'n verhoogde deksel, vanaf die kant van die venster is daar tabelle met die resultate van berekeninge, en in die middel - 'n kompleks van rekenaarstawe
Nie een van die ontlederkomponente het diskrete skakelrelais of digitale skakelaars van enige aard bevat nie. So hoekom praat ons oor hierdie toestel? Die antwoord is vierde gesinsmotor.
In die vroeë 1930's het Bush die Rockefeller-stigting begin hof maak om befondsing te kry om die ontleder verder te ontwikkel. Warren Weaver, hoof van die stigting se departement natuurwetenskappe, was aanvanklik nie oortuig nie. Ingenieurswese was nie sy vakgebied nie. Bush het egter die onbeperkte potensiaal van sy nuwe masjien vir wetenskaplike toepassings voorgehou—veral in wiskundige biologie, Weaver se gunstelingprojek. Bush het ook talle verbeterings aan die ontleder belowe, insluitend "die vermoë om die ontleder vinnig van een probleem na 'n ander oor te skakel, soos 'n telefoonskakelbord." In 1936 is sy pogings beloon met 'n $85 XNUMX-toekenning om 'n nuwe toestel te bou wat later die Rockefeller Differential Analyzer genoem is.
As 'n praktiese sakrekenaar was hierdie ontleder nie 'n uitstaande deurbraak nie. Bush, wat vise-president van MIT en dekaan van die ingenieursdepartement geword het, kon nie veel tyd aan die leiding van ontwikkeling bestee nie. Trouens, hy het homself gou onttrek en die pligte opgeneem as voorsitter van die Carnegie-instelling in Washington. Bush het die benadering van oorlog aangevoel, en hy het verskeie wetenskaplike en industriële idees gehad wat in die behoeftes van die gewapende magte kon voorsien. Dit wil sê, hy wou nader aan die sentrum van mag wees, waar hy die oplossing van sekere kwessies meer effektief kon beïnvloed.
Terselfdertyd is die tegniese probleme wat deur die nuwe ontwerp gedikteer is, deur laboratoriumpersoneel opgelos, en kort voor lank het hulle begin herlei word om aan militêre take te werk. Die Rockefeller-masjien is eers in 1942 voltooi. Die weermag het dit nuttig gevind vir inlyn-produksie van ballistiese tafels vir artillerie. Maar gou is hierdie toestel suiwer verduister digitale rekenaars - verteenwoordig getalle nie as fisiese hoeveelhede nie, maar abstrak, met behulp van skakelposisies. Dit het toevallig toevallig dat die Rockefeller-ontleder self 'n hele paar van hierdie skakelaars, bestaande uit afloskringe, gebruik het.
Shannon
In 1936 was Claude Shannon net 20 jaar oud, maar hy het reeds aan die Universiteit van Michigan gegradueer met 'n baccalaureusgraad in twee spesialiteite: elektriese ingenieurswese en wiskunde. Hy is na MIT gebring deur 'n strooibiljet wat op 'n kennisgewingbord vasgespeld was. Vanivar Bush was op soek na 'n nuwe assistent om aan 'n differensiële ontleder te werk. Shannon het sonder skroom aansoek gedoen en gou aan vars probleme begin werk, en eers daarna het die nuwe toestel vorm begin aanneem.
Shannon het glad nie soos Bush gelyk nie. Hy was nóg ’n sakeman, nóg ’n akademiese rykbouer, nóg ’n administrateur. Sy hele lewe lank was hy lief vir speletjies, legkaarte en vermaak: skaak, jongleren, labirinte, kriptogramme. Soos baie mans van sy era, het Shannon hom tydens die oorlog aan 'n ernstige saak gewy: hy het 'n pos by Bell Labs beklee op 'n regeringskontrak, wat sy brose liggaam teen die militêre konsep beskerm het. Sy navorsing oor brandbeheer en kriptografie gedurende hierdie tydperk het op sy beurt gelei tot seminale werk oor inligtingsteorie (ons sal nie daaraan raak nie). In die 1950's, soos die oorlog en die nasleep daarvan bedaar het, het Shannon teruggekeer na onderrig aan MIT en sy vrye tyd aan vermaak bestee: 'n sakrekenaar wat uitsluitlik met Romeinse syfers gewerk het; 'n masjien, wanneer dit aangeskakel is, het 'n meganiese arm daaruit verskyn en die masjien afgeskakel.
Die struktuur van die Rockefeller-masjien wat Shannon teëgekom het, was logies dieselfde as dié van die ontleder van 1931, maar dit is uit heeltemal verskillende fisiese komponente gebou. Bush het besef dat die stange en meganiese ratte in ouer masjiene hul doeltreffendheid verminder het: om berekeninge uit te voer, was dit nodig om die masjien in te stel, wat baie man-ure se werk deur geskoolde meganika geneem het.
Die nuwe ontleder het hierdie tekortkoming verloor. Die kern van sy ontwerp was nie 'n tafel met stawe nie, maar 'n koördinaatskakelaar - 'n ekstra prototipe wat deur Bell Labs geskenk is. In plaas daarvan om krag vanaf 'n sentrale as oor te dra, is elke integrale module onafhanklik deur 'n elektriese motor aangedryf. Om die masjien op te stel om 'n nuwe probleem op te los, was dit genoeg om net die relais in die koördinaatmatriks te konfigureer om die integreerders in die verlangde volgorde te verbind. ’n Geponste bandleser (geleen van ’n ander telekommunikasietoestel, ’n teletipe-rol) lees die konfigurasie van die masjien, en ’n afloskring het die sein van die band omgeskakel in beheerseine vir die matriks—dit was soos om ’n reeks telefoonoproepe tussen integreerders.
Die nuwe masjien was nie net baie vinniger en makliker om op te stel nie, maar ook vinniger en meer akkuraat as sy voorganger. Sy kon meer komplekse probleme oplos. Vandag kan hierdie rekenaar as primitief, selfs buitensporig beskou word, maar dan het dit vir waarnemers gelyk of dit een of ander groot - of dalk verskriklike - verstand by die werk was:
Trouens, dit is 'n wiskundige robot. ’n Elektries-aangedrewe outomaat wat nie net ontwerp is om die las van swaar berekeninge en analise van die menslike brein af te haal nie, maar om wiskundeprobleme op te los wat verby verstandelike oplossings strek.
Shannon het daarop gekonsentreer om die data van die papierband in instruksies vir die "brein" om te skakel, en die afloskring was verantwoordelik vir hierdie operasie. Hy het die aandag gevestig op die ooreenstemming tussen die struktuur van die stroombaan en die wiskundige strukture van Boole-algebra, wat hy in sy senior jaar aan Michigan bestudeer het. Dit is 'n algebra waarvan die operandes was WAAR en ONWAAR, en die operateurs EN, OF, NIE ens. Algebra, wat ooreenstem met logiese stellings.
Nadat Shannon die somer van 1937 by Bell Labs in Manhattan deurgebring het ('n ideale plek om oor afloskringe na te dink), het Shannon sy meesterstesis getiteld A Simbolic Analysis of Relay and Switching Circuits geskryf. Saam met die werk van Alan Turing, wat die jaar tevore geskryf is, het Shannon se proefskrif die grondslag gevorm van die wetenskap van rekenaarmasjiene.
In die 1940's en 1950's het Shannon verskeie rekenaar-/logiese masjiene gebou: 'n THROBAC Romeinse calculus-rekenaar, 'n skaak-eindspelmasjien, en Theseus, 'n doolhof wat deur 'n elektromeganiese muis gedryf word (foto)
Shannon het ontdek dat die stelsel van propositionele logikavergelykings direk meganisties vertaal kan word in 'n fisiese stroombaan van aflosskakelaars. Hy het tot die gevolgtrekking gekom: “Trouens, enige operasie wat in 'n eindige aantal stappe beskryf kan word deur woorde te gebruik AS, EN, OF ens., kan outomaties deur relais uitgevoer word. Byvoorbeeld, twee beheerde skakelrelais wat in serie gekoppel is, vorm 'n logiese И: stroom sal slegs deur die hoofdraad vloei wanneer beide elektromagnete geaktiveer word om die skakelaars te sluit. Terselfdertyd is twee relais in parallelle vorm gekoppel OF: stroom vloei deur die hoofstroombaan, geaktiveer deur een van die elektromagnete. Die uitset van so 'n logiese stroombaan kan op sy beurt die elektromagnete van ander relais aandryf om meer komplekse logiese bewerkings te produseer soos (A И B) of (C И G).
Shannon het sy proefskrif afgesluit met 'n bylaag met verskeie voorbeelde van stroombane wat deur sy metode geskep is. Aangesien die bewerkings van Boole-algebra baie soortgelyk is aan rekenkundige bewerkings in binêre (d.i. die gebruik van binêre getalle), het hy gewys hoe 'n aflos saamgestel kan word in 'n "elektriese opteller in binêre" - ons noem dit 'n binêre opteller. 'n Paar maande later het een van die Bell Labs-wetenskaplikes so 'n adder op die kombuistafel gemaak.
Stibitz
George Stibitz, ’n navorser in die wiskunde-afdeling by Bell Labs se hoofkwartier in Manhattan, het op ’n donker November-aand in 1937 ’n vreemde stel toerusting huis toe gebring. Droë batteryselle, twee klein gloeilampe vir hardeware-skerms, en 'n paar tipe U-platrelais wat in 'n asblik gevind word. Deur 'n paar drade en 'n bietjie rommel by te voeg, het hy 'n toestel saamgestel wat twee eensyfer-binêre getalle (verteenwoordig deur die teenwoordigheid of afwesigheid van insetspanning) kon byvoeg en 'n tweesyfergetal met behulp van gloeilampe kan uitvoer: een - aan, nul - af .
Binêre Stiebits adder
Stiebitz, 'n fisikus van opleiding, is gevra om die fisiese eienskappe van aflosmagnete te evalueer. Voorheen het hy glad nie ondervinding met aflos gehad nie, en daarom het hy begin deur die gebruik daarvan in Bell-telefoonkringe te bestudeer. George het gou ooreenkomste tussen sommige stroombane en rekenkundige bewerkings met binêre getalle opgemerk. Geïnteresseerd het hy sy syprojek op die kombuistafel bymekaargemaak.
Aanvanklik het Stiebitz se aflos-peutery min belangstelling onder Bell Labs-bestuurders gewek. Maar in 1938 het die hoof van die navorsingsgroep vir George gevra of sy sakrekenaars gebruik kan word vir rekenkundige bewerkings op komplekse getalle (byvoorbeeld, a+biWaar i is die vierkantswortel van 'n negatiewe getal). Dit het geblyk dat verskeie rekenaarafdelings by Bell Labs reeds gekerm het oor die feit dat hulle voortdurend sulke getalle moes vermenigvuldig en deel. Vermenigvuldiging van een komplekse getal het vier rekenkundige bewerkings op 'n tafelrekenaar vereis, deling - 16 bewerkings. Stiebitz het gesê hy kan die probleem oplos en het 'n masjien vir sulke berekeninge ontwerp.
Die finale ontwerp, beliggaam in metaal deur die telefooningenieur Samuel Williams, is die komplekse nommerrekenaar genoem - of kortweg komplekse rekenaar - en het in 1940 in produksie gegaan. Vir berekeninge is 450 relais gebruik, tussenresultate is in tien koördinaatskakelaars gestoor. Data is ingevoer en ontvang met 'n rol teletipe. Bell Labs-afdelings het drie van hierdie teledrukkers geïnstalleer, wat 'n groot vraag na rekenaarkrag aandui. Relais, matriks, teletipes - in alle opsigte was dit 'n produk van die Bell-stelsel.
Die mooiste uur van Complex Computer het op 11 September 1940 plaasgevind. Stiebitz het 'n verslag op die rekenaar aangebied by 'n vergadering van die American Mathematical Society by Dartmouth College. Hy het gereël dat 'n teletikmasjien daar geïnstalleer word met 'n telegraafverbinding na Complex Computer in Manhattan, 400 kilometer verder. Diegene wat wou, kon na 'n teletikmasjien stap, die toestande van die probleem op die sleutelbord invoer en sien hoe die teletikmasjien binne minder as 'n minuut die resultaat magies druk. Onder diegene wat die nuwigheid getoets het, was John Mauchly (John Mauchly) en John von Neumann (John von Neumann), wat elkeen 'n belangrike rol sal speel in die voortsetting van ons verhaal.
Die deelnemers aan die vergadering het 'n kort blik op die toekomstige wêreld gesien. Later het rekenaars so duur geword dat administrateurs hulle nie meer kon laat stil sit terwyl die gebruiker sy ken voor 'n bestuurskonsole krap en oorweeg wat om volgende te tik nie. Vir die volgende 20 jaar sal wetenskaplikes dink oor hoe om rekenaars vir algemene doeleindes te bou wat altyd vir jou sal wag om data daarin in te voer, selfs terwyl jy aan iets anders werk. En dan sal nog 20 jaar verbygaan totdat hierdie interaktiewe manier van rekenaar die orde van dinge word.
Stiebits by die Dartmouth Interactive Terminal in die 1960's. Dartmouth College was 'n pionier in interaktiewe rekenaars. Stiebitz het in 1964 'n universiteitsprofessor geword
Dit is verbasend dat, ten spyte van die take wat dit oplos, Complex Computer volgens moderne standaarde glad nie 'n rekenaar is nie. Dit kan komplekse getalrekenkundige en waarskynlik ander soortgelyke take uitvoer, maar nie algemene doele nie. Dit was nie programmeerbaar nie. Hy kon nie operasies lukraak of herhaaldelik uitvoer nie. Dit was 'n sakrekenaar wat sekere berekeninge baie beter as sy voorgangers kon doen.
Met die uitbreek van die Tweede Wêreldoorlog is 'n reeks rekenaars genaamd Model II, Model III en Model IV by Bell geskep onder leiding van Stibitz (Complex Computer, onderskeidelik, is Model I genoem). Die meeste van hulle is gebou op versoek van die Nasionale Verdedigingsnavorsingskomitee, en dit is deur niemand anders as Vanevar Bush gelei nie. Stiebitz het die uitleg van die masjiene verbeter in terme van groter funksieveelsydigheid en programmeerbaarheid.
Die Ballistiese Sakrekenaar (later Model III) is byvoorbeeld ontwikkel vir die behoeftes van lugafweer-vuurbeheerstelsels. Dit is in 1944 in Fort Bliss, Texas, in gebruik geneem. Die toestel het 1400 relais bevat en kon 'n program van wiskundige bewerkings uitvoer wat bepaal word deur 'n reeks instruksies op 'n luspapierband. 'n Band met invoerdata is afsonderlik ingedien, en tabeldata afsonderlik. Dit het dit moontlik gemaak om vinnig die waardes van byvoorbeeld trigonometriese funksies te vind sonder werklike berekeninge. Bell-ingenieurs het spesiale jagkringe ontwikkel wat die band vorentoe / agtertoe geskandeer het en die adres van die verlangde tabelwaarde gesoek het, ongeag die berekeninge. Stiebits het gevind dat sy Model III-rekenaar, wat dag en nag relais geklik het, 25-40 sakrekenaars vervang het.
Bell Model III Relay Racks
Die Model V het nie tyd gehad om die militêre diens te besoek nie. Dit het selfs meer veelsydig en kragtig geword. As gemeet word in terme van die aantal rekenaars wat dit vervang, dan was dit ongeveer tien keer beter as die Model III. Verskeie rekenaarmodules met 9 duisend relais kon insetdata van verskeie stasies ontvang, waar gebruikers die voorwaardes van verskillende take ingevoer het. Elke sodanige stasie het een bandleser vir data-invoer en vyf vir instruksies gehad. Dit het dit moontlik gemaak om verskeie subroetines te roep wanneer 'n taak vanaf die hoofband bereken word. Die hoofbeheermodule (in werklikheid 'n analoog van die bedryfstelsel) het instruksies na die rekenaarmodules versprei, afhangende van hul beskikbaarheid, en programme kon voorwaardelike spronge uitvoer. Dit was nie meer net 'n sakrekenaar nie.
Jaar van wonderwerke: 1937
1937 kan as 'n keerpunt in die geskiedenis van rekenaars beskou word. Daardie jaar het Shannon en Stiebitz ooreenkomste tussen afloskringe en wiskundige funksies opgemerk. Hierdie bevindinge het Bell Labs gelei om 'n reeks belangrike digitale masjiene te skep. Dit was soort van - of selfs vervanging - toe 'n beskeie telefoonaflos, sonder om sy fisiese vorm te verander, die verpersoonliking van abstrakte wiskunde en logika geword het.
In dieselfde jaar, in die Januarie-uitgawe van die publikasie Verrigtinge van die London Mathematical Society 'n artikel gepubliseer deur die Britse wiskundige Alan Turing "Oor berekenbare getalle met betrekking tot » (Op berekenbare nommers, met 'n toepassing op die Entscheidungsprobleem). Dit het 'n universele rekenaarmasjien beskryf: die skrywer het aangevoer dat dit aksies logies gelykstaande aan dié van menslike sakrekenaars kan uitvoer. Turing, wat die vorige jaar nagraadse skool by Princeton Universiteit betree het, was ook geïntrigeerd deur afloskringe. En, soos Bush, is hy bekommerd oor die groeiende bedreiging van oorlog met Duitsland. Hy het dus 'n derdeparty-kriptografiese projek aangepak, 'n binêre vermenigvuldiger wat gebruik kan word om militêre boodskappe te enkripteer. Turing het dit gebou uit relais wat in die universiteit se masjienwinkel gemaak is.
Ook in 1937 het Howard Aiken aan 'n veronderstelde outomatiese rekenaar gedink. Aiken, 'n Harvard-student in elektriese ingenieurswese, het baie van sy berekeninge gedoen met niks meer as 'n meganiese sakrekenaar en gedrukte wiskunde-sigbladboeke nie. Hy het 'n ontwerp voorgestel wat van hierdie roetine ontslae sou raak. Anders as bestaande rekenaartoestelle, moes dit prosesse outomaties en siklies verwerk, deur die resultate van vorige berekeninge as insette vir die volgende te gebruik.
Intussen, by die Nippon Electric Company, het die telekommunikasie-ingenieur Akira Nakashima sedert 1935 die verbande tussen afloskringe en wiskunde ondersoek. Uiteindelik, in 1938, het hy onafhanklik bewys die ekwivalensie van afloskringe aan Boole-algebra, wat Shannon 'n jaar vroeër ontdek het.
In Berlyn was Konrad Zuse, 'n voormalige lugvaartingenieur wat moeg is vir die eindelose berekeninge wat by die werk vereis word, op soek na fondse om 'n tweede rekenaar te bou. Hy kon nie sy eerste meganiese toestel, die V1, betroubaar laat werk nie, en daarom wou hy 'n aflosrekenaar maak, wat hy saam met sy vriend, telekommunikasie-ingenieur Helmut Schreyer, ontwikkel het.
Die universaliteit van telefoonaflosse, die gevolgtrekkings oor wiskundige logika, die begeerte van helder geeste om ontslae te raak van bedrieglike werk - dit alles het verweef en gelei tot die opkoms van die idee van 'n nuwe soort logiese masjien.
vergete geslag
Die vrugte van die ontdekkings en ontwikkelings van 1937 moes vir etlike jare ryp word. Die oorlog het geblyk die kragtigste kunsmis te wees, en met sy koms het aflosrekenaars begin verskyn waar ook al die nodige tegniese kundigheid bestaan het. Wiskundige logika het die wingerd van elektriese ingenieurswese geword. Nuwe vorme van programmeerbare rekenaarmasjiene het ontstaan—die eerste konsep van moderne rekenaars.
Benewens die Stiebitz-masjiene, kon die VSA teen 1944 spog met die Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), die resultaat van Aiken se voorstel. Die dubbele naam het ontstaan weens die verswakking van verhoudings tussen die akademiese omgewing en industrie: almal het aanspraak gemaak op die toestel. Die Mark I/ASCC het aflosbeheerkringe gebruik, maar die hoofrekenkundige module is gebou op die IBM meganiese sakrekenaar-argitektuur. Die masjien is geskep vir die behoeftes van die Amerikaanse Buro vir Skeepsbou. Haar Mark II-opvolger het in 1948 by die Vloot se toetsterrein begin werk, en al haar bedrywighede was uitsluitlik op aflos gebaseer - 13 XNUMX aflos.
Zuse het tydens die oorlog verskeie aflosrekenaars gebou, wat toenemend ingewikkeld is. Die hoogtepunt was die V4, wat, soos die Bell Model V, opstellings ingesluit het om subroetines te bel en voorwaardelike spronge te doen. Weens ’n tekort aan materiaal in Japan is geen van Nakashima en sy landgenote se ontwerpe in metaal beliggaam totdat die land van die oorlog herstel het nie. In die 1950's het die nuutgestigte Ministerie van Buitelandse Handel en Nywerheid die skepping van twee aflosmasjiene gefinansier, waarvan die tweede 'n monster met 20 XNUMX aflosmasjiene was. Fujitsu, wat by die skepping betrokke was, het sy eie kommersiële produkte ontwikkel.
Vandag is hierdie masjiene amper heeltemal vergete. Slegs een naam bly in die geheue - ENIAC (ENIAC). Die rede vir vergeet hou nie verband met hul kompleksiteit, of vermoëns of spoed nie. Die berekenings- en logiese eienskappe van relais wat deur wetenskaplikes en navorsers ontdek is, is van toepassing op enige soort toestel wat as 'n skakelaar kan optree. En dit het so gebeur dat 'n ander soortgelyke toestel beskikbaar was - elektronies 'n skakelaar wat honderde kere vinniger as 'n aflos kan werk.
Die belangrikheid van die Tweede Wêreldoorlog in die geskiedenis van rekenaarmasjiene behoort reeds duidelik te wees. Die verskriklikste oorlog was die stukrag vir die ontwikkeling van elektroniese masjiene. Die ontstaan daarvan het die hulpbronne bevry wat nodig was om die ooglopende tekortkominge van elektroniese skakelaars te oorkom. Die oorheersing van elektromeganiese rekenaars was van korte duur. Soos die Titans is hulle deur hul kinders omvergewerp. Soos relais, het elektroniese skakeling ontstaan uit die behoeftes van die telekommunikasiebedryf. En om uit te vind waar dit vandaan kom, moet ons ons geskiedenis terugspoel na die aanbreek van die radio-era.
Bron: will.com