Bizim relay sxemləri ilə idarə olunan avtomatik telefon mərkəzlərinin inkişafı təsvir edilmişdi. Bu dəfə biz alimlərin və mühəndislərin rəqəmsal kompüterlərin ilk — indi unudulmuş — nəsil relay sxemlərini necə inkişaf etdirdiyini danışmaq istəyirik.
Relay zirvədə
Xatırlayırsınızsa, relay-in iş prinsipi sadədir: elektromaqnit metal keçid ilə işləyir. Relay-i 1830-cu illərdə bir neçə təbiətşünas və teleqraf biznesində olan sahibkar müstəqil olaraq təklif etdi. Sonra XIX əsrin ortalarında ixtiraçılar və mexaniklər relay-i etibarlı və əvəzolunmaz komponentə çevirdilər. Tam olaraq bu sahədə relay-in həyatı zirvə nöqtəsinə çatdı: onu miniaturizasiya etdilər və mühəndislər nəsilləri sayma- hesab etməyi öyrənir, çoxlu konstruktorlar təsis etdilər.
XX əsrin əvvəllərində yalnız avtomatik commutation sistemləri deyil, həm də telefon şəbəkələrinin demək olar ki, bütün avadanlıqları müxtəlif növ relays daxildir. Telefon rabitəsində ən erkən tətbiqlərdən biri 1870-ci illərə aiddir, əl ilə hazırlanmış mərkəzlərdə. Abonent telefonun tutacağını (məgnito tutacağını) döndərdikdə mərkəzə siqnal gəlirdi, bu da qarmaq açırdı. Qarmaq - bir relay-dir; işə düşdükdə telefon operatorunun commutation masasındakı metal qapaq düşürdü, bu da gələn çağırışın olduğunu göstərirdi. Sonra operator qapağı girişə qoyaraq relay-nı sıfırlayırdı, bundan sonra qapağı yenidən qaldıra bilərdi, bu vəziyyətdə elektromaqnit onu saxlayırdı.
1924-cü ilədək, Bell şirkətinin iki mühəndisinin yazdığı kimi, tipik bir əl telefon stansiyası təxminən 10,000 abunəni idarə edirdi. Avadanlıqlarında 40,000—65,000 relay vardı ki, onların cəmi maqnit gücü “10 ton qaldırmaq üçün kifayət qədər” idi. Böyük maşın commutation-lu telefon stansiyalarında bu göstəricilər iki dəfə artırdı. ABŞ-da bütün telefon sistemində milyonlarla relay istifadə olunurdu və onların sayı telefon stansiyalarının avtomatlaşdırılması ilə daim artırdı. Bir telefon əlaqəsi bir neçə relays-dən yüzlərlə relay-a qədər istifadə edə bilərdi - bu, iştirak edən telefon stansiyalarının sayı və təchizatı ilə asılıdır.
Western Electric şirkətinin fabrikləri, Bell korporasiyasının istehsal strukturu, geniş çeşiddə relelər istehsal edirdi. Mühəndislər o qədər modifikasiya yaratdılar ki, bu müxtəliflik ən seçilmiş it və ya göyərçin yetişdiricilərini belə qıcıqlandırardı. Relelərin iş sürəti və həssaslığı optimallaşdırıldı, ölçüləri isə kiçildildi. 1921-ci ildə Western Electric, hər biri əsas 100 tipə aid olmaqla, demək olar ki, 5 milyon rele istehsal etdi. Ən geniş yayılmışı düz, demək olar ki, düzbucaq şəklində olan, bir neçə onqram ağırlığında olan Universal Rele Type E idi. Əsasən, dəmir metaldan hazırlanmış hissələrdən istehsal edildiyi üçün istehsalda texnoloji idi. Qutu, kontaktları tozdan və qonşu cihazların indüksiya edilmiş cərəyanlarından qoruyurdu: adətən, relelər bir-birinə sıx montaj edilirdi, yüzlərlə və ya minlərlə rele ilə dolu şkaflara yerləşdirilirdi. Ümumilikdə, Type E-nin 3000 variantı hazırlanmışdı, hər biri bobinləşmə və kontaktların konfiqurasiyaları ilə fərqlənirdi.
Tezliklə, bu relelər ən mürəkkəb kommutatorlarda istifadə edilməyə başlandı.
Koordinat kommutatoru
1910-cu ildə Gotthilf Betulander, İsveç telefon bazarının böyük bir hissəsini idarə edən Royal Telegrafverket-in mühəndisi, bir fikir başlatdı. O, Telegrafverket-in fəaliyyətini xeyli dərəcədə yaxşılaşdırmağın avtomatik kommutasiya sistemləri qurmaqla mümkün olduğunu düşündü, bu sistemlər tamamilə rele üzərində qurulmuşdu. Dəqiq desək, rele matrisi: telefon xətləri ilə qoşulmuş polad çubuqlardan təşkil olunan, çubuqların kesişdiyi yerlərdə relelərin olduğu bir şəbəkə. Belə bir kommutator sistemləri sürətli, etibarlı və sürüşkən ya da döner kontaktlardan daha asan texniki xidmət edilməsi üçün daha səmərəli olmalıdır.
Bundan əlavə, Betulander, sistemin seçim və qoşulma ilə bağlı hissələrini müstəqil rele sxemlərinə ayırmağı düşünürdü. Qalan sistem yalnız danışıq kanalının qurulması üçün istifadə olunmalı və sonra başqa bir çağırışla xidmət üçün boşaldılmalıdır. Yəni, Betulander «ümumi idarəetmə» (common control) adlandırılan fikrə gəldi.
Gələn zəngin nömrəsini saxlayan sxemi «rekorder» (bir başqa termin — qeyd) adlandırdı. Şəbəkədəki dəstəyi tapıb «işarələyən» sxemi isə «marka» adlandırdı. Müəllif öz sistemini patentləşdirdi. Stockholm və Londonda bir neçə belə stansiya yarandı. 1918-ci ildə Betulander amerikalı yenilik haqqında öyrəndi: beş il əvvəl Bell mühəndisi John Reynolds tərəfindən yaradılan koordinat kommutatoru. Bu kommutator Betulander-in inkişafına çox bənzəyirdi, lakin burada istifadə edilirdi n + m rele xidmət üçün n + m matris düğümleri, telefon santrallerinin daha ileri bir genişlemesi için çok daha kolay hale getirdi. Bağlantı kurulduğunda, tutma rayı 'parmakları' piyano telleri gibi sıkıştırdı ve seçici ray, başka bir arama ile bağlantı kurmak için matris boyunca hareket etti. Bir sonraki yıl Betulander, bu fikri anahtarın tasarımına entegre etti.
Ancak çoğu mühendis, Betulander'in yaratıcılığını garip ve gereğinden karmaşık buluyordu. En büyük İsveç şehirlerinin ağlarını otomatikleştirmek için bir anahtarlama sistemi seçme zamanı geldiğinde, Telegrafverket, Ericsson şirketinin geliştirdiği tasarımı tercih etti. Betulander'in anahtarları yalnızca kırsaldaki küçük telefon santrallerinde kullanıldı: röleler, Ericsson anahtarlarının motorize otomatiğinden daha güvenilirdi ve her istasyonda bakım teknisyenlerine ihtiyaç duymuyordu.
Ancak Amerikalı telefon mühendisleri bu konuda farklı bir görüşe sahipti. 1930'da Bell Labs uzmanları İsveç'e gitti ve "koordinat anahtarlama modülünün" özelliklerinden 'son derece etkilendiler'. Döndüklerinde, Amerikalılar hemen 'Koordinat Sistemi No. 1' üzerinde çalışmaya başladılar ki bu da büyük şehirlerdeki panelli anahtarları değiştirdi. 1938'de New York'ta iki böyle sistem kuruldu. Kısa süre içinde, şehir telefon santralleri için standart ekipman haline geldiler, 30 yıl sonra elektronik anahtarların yerini alana kadar.
Koordinat anahtarı No. 1'in en ilginç bileşeni, Bell'de geliştirilen yeni, daha karmaşık bir işaretçi oldu. Çağrıcıdan çağrılan tarafa serbest bir rota bulmak için tasarlandı; bu, birbiriyle bağlı birkaç koordinat modülünden geçerek telefon bağlantısı oluşturuldu. Ayrıca işaretçi, her bağlantının 'serbest'/'meşgul' durumunu test etmeliydi. Bu, koşullu mantık kullanımını gerektiriyordu. Tarihçi Robert Chapuis'in yazdığı gibi:
Seçim şartlıdır çünkü serbest bağlantı, yalnızca bir çıkışı olan koordinat rayına erişimi sağlıyorsa korunur ve bir sonraki seviyede serbest bir bağlantı bulunmaktadır. Birkaç bağlantı seti gerekli koşulları sağlarsa, 'öncelik mantığı' (preferential logic) mevcut olan en az sayıda bağlantıdan birini seçer...
Koordinat keçidi, texnoloji ideyaların qarşılıqlı zənginləşməsinin mükəmməl bir nümunəsidir. Betulander öz tam relenin keçidini yaratdı, sonra Reynolds keçid matrisini inkişaf etdirdi və əldə edilən konstruksiyanın işləkliyini sübuta yetirdi. AT&T mühəndisləri daha sonra bu hibrid keçidi yenidən işləyib, onu təkmilləşdirdilər və Koordinat Sistemi № 1-i yaratdılar. Daha sonra bu sistem iki erkən hesablama maşınının bir hissəsinə çevrildi, bunlardan biri indiki zamanda hesablama texnikasının tarixində bir mərhələ kimi tanınır.
Riyazi hesablamalar (Mathematical labor)
Relyatorların və onların elektron analoqlarının niyə və necə hesablama texnikasında inqilab yaratdığına başa düşmək üçün, bizə riyazi hesablamalar aləminə qısa bir nəzər salmaq lazım olacaq. Bu, hesablama proseslərini optimallaşdırmaq üçün gizli tələbin necə meydana gəldiyini anlamaq üçün vacib olacaq.
XX əsrin əvvəllərində müasir elmin və mühəndisliyin bütün sistemi minlərlə insanın riyazi hesablamalarla işləməsi əsasında qurulmuşdu. Onlara hesablayıcılar (computers) [qarışıqlığın yaranmaması üçün, mətndə bundan sonra hesablayıcılar. — Qeyd: red.] Hələ 1820-ci illərdə Çarlz Babbage (baxmayaraq ki, onun aparatının ideya öncülləri var idi) yaratdı. Onun əsas vəzifəsi riyazi cədvəlləri avtomatlaşdırmaq idi, məsələn, navigasiya üçün (hüceyrələrin trigonometrik funksiyalarını 0 dərəcə, 0.01 dərəcə, 0.02 dərəcə və s. polinom tənzimləmələri ilə hesablamaq). Həmçinin, astronomiyada riyazi hesablamalara böyük tələbat var idi: teleskop müşahidələrinin xam nəticələrinin sabit səma sahələrində işlənməsi lazım idi (baxmayaraq ki, bunu müşahidə tarixinə və vaxtına əsaslanan şəkildə etməli idilər) və ya yeni obyektlərin orbitlərini müəyyən etmək (məsələn, Halley kometası).
Babbage-dan bu yana, hesablama maşınlarına olan tələbat dəfələrlə artıb. Enerji şirkətləri mürəkkəb dinamik xüsusiyyətlərə malik magistral enerji sistemlərinin davranışını başa düşmək istəyirdilər. Bessemer poladından hazırlanmış toplar, hədəfi müşahidə etməyə əsaslanaraq (yəni hədəf müşahidə edildiyi üçün artıq yönləndirilmir), daha dəqiq ballistik cədvəllər tələb edirdi. Böyük həcmli riyazi hesablamaları ehtiva edən yeni statistik alətlər (məsələn, ən kiçik kvadratlar metodu) həm elmdə, həm də artan dövlət aparatında daha geniş istifadə olunmağa başladı. Universitetlərdə, dövlət qurumlarında və sənaye korporasiyalarında hesablayıcı şöbələr meydana gəlirdi, adətən burada qadınlar çalışdırılırdı.
Mexaniki kalkulyatorlar yalnızca hesablamaları asanlaşdırdı, lakin bu problemi tam çözmədi. Kalkulyatorlar riyazi əməliyyatları sürətləndirdi, lakin hər hansı kompleks elmi və ya mühəndislik məsələləri yüzlərlə və ya minlərlə əməliyyat tələb edirdi ki, bunların hər birini hesablamaçı (insan) əl ilə yerinə yetirməlidir, bütün ara nəticələri diqqətlə yazaraq.
Yeni yanaşmaların meydana gəlməsinə bir neçə amil təsir etdi. Gənc alim və mühəndislər gecələr öz məsələlərini çətinliklə hesablamaqla əllərinə və gözlərinə dincə çıxmaq istəyirdilər. Layihə rəhbərləri, Birinci Dünya Müharibəsindən sonra, çoxsaylı hesablayıcıların əmək haqqına daha çox pul ödəməyə məcbur oldular. Nəhayət, bir çox qabaqcıl elmi və mühəndislik məsələləri əl ilə hesablamaya çox çətinliklə tabe olunurdu. Bütün bu amillər Vannevar Bush rəhbərliyindəki hesablamalardan ibarət maşın seriyasının yaradılmasına səbəb oldu.
Differensial analizator
Bundan əvvəl, tarix tez-tez şəxsiyyəti itirmişdi, lakin indi konkret insanlardan daha çox danışacağıq. Panel kommutatorunun, E tipli relenin və koordinat markerinin yaradıcısının şöhrəti ötüb keçdi. Onlar haqqında biografik anekdotlar belə qalmayıb. Onların həyatına dair yeganə açıq şahidlik isə yaratdıqları maşınların fossilləşmiş qalıqlarıdır.
İndi insanların və onların keçmişi haqqında daha dərin bir anlayış əldə edə bilərik. Lakin artıq Morz və Wejl, Bell və Votson kimi insanlar - öz evlərindəki tavanda və emalatxanalarda çox çalışmış insanlar ilə yenidən görüşməyəcəyik. Birinci Dünya Müharibəsinin sonunda qəhrəman ixtiraçılar dövrü demək olar ki, başa çatdı. Tomas Edison keçid şəxsiyyəti sayılır: karyerasının əvvəlində o, müstəqil ixtiraçı idi, karyerasının sonunda isə "ixtira fabriki"nin sahibi oldu. O vaxta qədər, ən gözəçarpan yeni texnologiyaların hazırlanması təşkilatların - universitetlərin, korporasiyaların tədqiqat bölmələrinin və dövlət laboratoriyalarının mülkü oldu. Bu bölmədə danışacağımız insanlar da belə təşkilatlara mənsub idilər.
Məsələn, Vannevar Bush. O, 1919-cu ildə MIT-ə gəldi, 29 yaşı var idi. 20 ildən bir az artıq müddətdən sonra, ABŞ-ın İkinci Dünya Müharibəsində iştirakına təsir edən insanlar arasına daxil oldu və dövlət maliyyələşməsini artırmağa kömək etdi, bu da hökumət, akademik mühit və elm və texnologiyanın inkişafı arasında münasibətləri əbədi olaraq dəyişdirdi. Lakin məqalənin çərçivəsində bizi maraqlandıran, 1920-ci illərin ortalarından etibarən Bush laboratoriyasında hazırlanmış olan və riyazi hesablamaların problemini həll etmək üçün nəzərdə tutulan maşınların seriyasıdır.
MIT, son dövrlərdə Mərkəzi Boston-dan Kembrijdəki Çarlz çayı sahilinə köçdü və sənayenin tələbləri ilə sıx bağlı idi. Bushun özü də professorluq fəaliyyəti ilə yanaşı, elektronika sahəsində bir neçə müəssisədə maliyyə maraqları var idi. Buna görə də, Bush və tələbələrinin yeni hesablayıcı cihaz üzərində çalışmağına səbəb olan problemin enerji sənayesində ortaya çıxması sizi təəccübləndirməməlidir: yüksək yük şəraitində magistral elektrik xətələrinin davranışını model etmək lazım idi. Aydın olan budur ki, bu, hesablayıcı maşınların mümkün tətbiqlərindən yalnız biriydi: yorucu riyazi hesablamalar hər yerdə aparılırdı.
Bush və həmkarları əvvəlcə 'məhsul inteqratorları' (product integraphs) adlanan iki maşın inşa etdilər. Lakin MIT-in daha məşhur və uğurlu maşını başqa bir maşın oldu — differensial analizator, 1931-də tamamlandı. O, elektrik enerjisinin ötürülməsi ilə bağlı məsələləri həll edir, elektronların orbitlərini, Yer kürəsinin maqnit sahəsində kosmik şüaların istiqamətlərini hesablaya bilirdi və daha bir çox şey. Dünya üzrə tədqiqatçılar, 1930-cu illərdə hesablayıcı gücə ehtiyac duyan, differensial analizatorun onlarla nüsxəsini və variantını yaratdılar. Bəziləri - hətta Meccano-dan (amerikanın Uşaq konstruktörləri markasına bənzəyən ingilis alternativi) hazırlamışdı. ).
Differensial analizator analoq kompüterdir. Riyazi funksiyalar dönən metal çubuqlar vasitəsilə hesablanır, hər birinin dönmə sürəti müəyyən bir kəmiyyət dəyərini əks etdirir. Motor müstəqil çubuğu - dəyişəni (adətən, bu zamanla təmsil olunurdu) işə salırdı, o da mexaniki əlaqələr vasitəsilə digər çubuqları (müxtəlif fərdiyyətçi dəyişənlər) döndərir və giriş sürətinə əsasən funksiyonu hesablayırdı. Hesablanma nəticələri kağızda əyri şəklində təsvir olunurdu. Ən vacib komponentlər inteqratorlar - fırlanan disklər olan təkərlərdir. İnteqratorlar çox yorucu əl hesablamaları olmadan əyri inteqralını hesablaya bilirdi.
Differensial analizator. İntegral modulu - qaldırılmış qapağı ilə, pəncərə tərəfdə hesablamaların nəticələrinin olduğu masalar yerləşir, mərkəzdə isə hesablayıcı çubuqlar kompleksidir.
Analizatorun heç bir komponenti diskret keçid releləri və ya hər hansı bir rəqəmsal keçid ilə dolu deyildi. Bəs niyə bu cihazdan danışıram? Cavabı verir dördüncü maşın ailəsinə.
1930-cu illərin əvvəllərində Buş Rokfeller Fondunu analizatorun daha da inkişafı üçün maliyyə tapmağa cəhd etdi. Fondun təbii elmlər şöbəsinin rəhbəri Warren Weaver'i əvvəlcə inandıra bilmədi. Mühəndislik onun səlahiyyətlərinə daxil deyildi. Amma Buş, özünün yeni texnikasının elmi tətbiqlərdə—xüsusilə Weaver'in sevdiyi riyazi biologiya layihəsində—məhdudiyyətsiz potensialını reklam etdi. Buş, analizatorun bir problemdən digərinə sürətlə keçid etməsi, telefon mübadilə cihazı kimi, mümkünsüz olacağını da vəd etdi. 1936-cı ildəsə, onun səyləri nəticəsiz qalmadı və Rokfellerin diferensial analizatoru adlandırılan yeni cihazın yaradılması üçün 85 min dollar məbləğində qrant qazandı.
Bu analizator praktik bir hesablayıcı kimi qeyri-adi bir irəliləyiş deyildi. ABŞ-da MIT-nin vitse-prezidenti və mühəndislik fakultəsinin dekanı olan Buş, layihənin idarə edilməsinə çox vaxt ayıra bilmədi. Faktik olaraq, o, tezliklə özünü inzibati vəzifələrə yönəldərək, Vaşinqtondakı Karnegi İnstitutunun sədri vəzifəsinə keçdi. Buş müharibənin yaxınlaşdığını hiss edirdi və silahlı qüvvələrin ehtiyaclarına xidmət edə biləcək bir neçə elmi və istehsal ideyası vardı. Yəni, o, müxtəlif məsələlərin həllinə daha təsirli şəkildə müdaxilə edə biləcəyi bir yerə yaxın olmaq istəyirdi.
Eyni zamanda yeni konstruksiya ilə bağlı texniki problemləri laboratoriya əməkdaşları həll etməyə başladılar və tezliklə onları hərbi vəzifələrinə istiqamətləndirmək üçün məsuliyyətləri müvəqqəti olaraq kənara qoyuldu. Rokfellerin cihazı yalnız 1942-ci ildən tamamlandı. Hərbi qüvvələr onu artilleriya üçün ballistik cədvəllərin kütləvi istehsalı üçün faydalı hesab etdilər. Lakin tezliklə bu cihazı tamamilə başqa rəqəmsal kompüterlər—rəqəmləri fiziki məna daşıyan göstəricilər kimi deyil, açarların mövqeləri ilə abstrakt şəkildə təqdim edən cihazlar—kölgədə qoydu. Təsadüfən, Rokfellerin analizatorunda rels sistemlərindən ibarət olan belə çoxlu açarlar istifadə olunmuşdu.
Şannon
1936-cı ildə Klod Şannon yalnız 20 yaşında idi, amma artıq Michigan Universitetini elektrik mühəndisliyi və riyaziyyat üzrə iki ixtisasla bakalavr dərəcəsi ilə bitirmişdi. MIT-yə onun gəldiyi yer, elan lövhəsinə yapışdırılmış reklam vərəqəsi oldu. Veynivar Buş yeni asistenti diferensial analizator üzərində işləmək üçün axtarırdı. Şannon tərəddüd etmədən müraciət etdi və tezliklə yeni problemlər üzərində işləməyə başladı, yalnız bundan sonra yeni cihaz hərəkətə keçməyə başladı.
Shannon heç Bush'a bənzəmirdi. O, nə biznesmen, nə akademik imperiyanın qurucusu, nə də administrator idi. Həyatı boyu oyunlara, bulmacalara və əyləncələrə: şahmat, jonglörlük, labirintlər, kriptogramlar sevgisi oldu. Öz dövrünün bir çox kişisi kimi, müharibə vaxtı Shannon ciddi bir işlə məşğul oldu: Bell Labs-da dövlət müqaviləsi üzrə vəzifə tutdu ki, bu da onun zəif bədənini hərbi çağırışdan qorudu. O dövrdə atəş açma idarəçiliyi və kriptoqrafiya sahəsindəki tədqiqatları, öz növbəsində, informasiya nəzəriyyəsinə dair əsas işin yaranmasına səbəb oldu (bununla əlaqədar dövr etməyəcəyik). 1950-ci illərdə, müharibə və onun təsirləri yatdığı zaman, Shannon MIT-ə geri qayıtdı, boş vaxtını əyləncələrlə keçirdi: sadəcə romalı ədədlərlə işləyən kalkulyator; açıldıqda içindən mexaniki qol çıxan və maşını söndürən cihaz.
Shannon'un qarşılaşdığı Rockefeller maşınının strukturu, 1931-ci ilin analizatoru ilə məntiqlə eyni qalmışdı, lakin o, tamamilə fərqli fiziki komponentlərdən qurulmuşdu. Bush başa düşdü ki, köhnə maşınlardakı çubuqlar və mexaniki ötürücülər istifadə effizientliyini azaldır: hesablamaları yerinə yetirmək üçün maşını tənzimləmək tələb olunurdu ki, bu da peşəkar mexaniklərin ətrafında bir çox iş saatları aparırdı.
Yeni analizator bu çatışmazlığa malik deyildi. Onun konstruksiyası çubuqlardakı masa ilə deyil, koordinat kommutatoru ilə əsaslanırdı — Bell Labs tərəfindən qurban verilmiş əlavə prototip. Hər inteqrasiya modulu mərkəzi şaftdan enerji ötürülməsi əvəzinə elektrik motoru ilə müstəqil surətdə işlədilirdi. Maşını yeni bir tapşırığa tənzimləmək üçün, sadəcə koordinat matrisi içində releni konfiqurasiya etmək kifayət idi ki, inteqratorları lazım olan ardıcıllıqla birləşdirsin. Perforasiya lentinin oxuyucusu (başqa bir telekomunikasiya cihazından, rulon teleqrafından alındı) maşının konfiqurasiyasını oxuyur, relə sxemi lentdən gələn siqnalı idarə siqnallarına çevirirdi ki, bu da inteqratorlar arasında bir sıra telefon zəngləri qurmağa bənzəyirdi.
Yeni maşın yalnız daha sürətli və tənzimlənməsi daha sadə olmaqla qalmır, həm də əvvəlkindən daha sürətli və dəqiq işləyirdi. O, daha mürəkkəb tapşırıqları həll edə bilir. Bu gün bu kompüteri primitiv, hətta ekzotik hesab etmək olar, lakin o dövrdə müşahidəçilərə böyük bir — ya da bəlkə də dəhşətli — işləyən zəka kimi görünürdü:
Əslində, bu, riyazi robotdur. Elektriklə idarə olunan avtomat, yalnız insanın zehin yükünü ağır hesablamalardan və analizdən azad etmək üçün deyil, eyni zamanda zehni həll yollarına tabe olmayan riyazi məsələlərə hücum edib onları həll etmək üçün yaradılmışdır.
Şannon, məlumatların kağız lentdən "zehin" üçün təlimatlara çevrilməsi üzərində cəmləşdi və bu əməliyyata relé sxemi cavabdeh idi. O, sxemin strukturu ilə öyrəndiyi Bul cəbrinin riyazi strukturları arasında uyğunluğa diqqət yetirdi. Bu, operandları olan bir cəbriyyədir. DOĞRU və YALAN, operatorları isə — Və, VƏ YA, DEYIL və s. Cəbriyyə, mantıqi ifadələrə uyğun gəlirdi.
Şannon, 1937-ci ilin yazını Manhattan'daki Bell Labs-da relé sxemləri haqqında düşünmək üçün ideal bir yer kimi keçirərək, "Relé və Kommutasiya Sxemlərinin Simvolik Analizi" (A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits) adlı magistr dissertasiyası yazdı. Bu dissertasiya, Alan Turing'in bir il əvvəl hazırladığı işlə birlikdə, hesablama maşınları elminin əsasını qoydu.
1940-1950-ci illərdə Şannon bir neçə hesablama / mantıq maşını inşa etdi: Roma say sistemi ilə THROBAC kalkulyatoru, şahmatın son oyunları üçün bir maşın və eyni zamanda elektromechanik siçanın (şəkildə) hərəkət etdiyi Theseus – labirinti.
Şannon, təklif məntiqi sisteminin birbaşa mexaniki olaraq relé keçid sxeminə çevrilə biləcəyini aşkar etdi. O, dedi: "Əslində, hər hansı bir əməliyyatı, sözlərin sonlu bir sayı ilə təsvir oluna bilən, relé ilə avtomatik yerinə yetirmək mümkündür." ƏGƏR, VƏ, VƏ YA və s., relé ilə avtomatik yerinə yetirilə bilər." Məsələn, iki idarə olunan relé keçidi ardıcıl olaraq bağlandıqda, bir mantıqi yaradır: və: axın əsas xəttdə yalnız iki elektromaqnit açarları bağlandıqda axır. Eyni zamanda, paralel bağlanmış iki relé, VƏYA: axın, elektromaqnitlərdən biri aktivləşdikdə əsas sxemə axır. Belə bir mantıqi sxemin çıxışları, daha mürəkkəb mantıqi əməliyyatlar, məsələn, (A və B) və ya (V və G) həyata keçirmək üçün digər relélerin elektromaqnitlərini idarə edə bilər.
Şannon, dissertasiyasının sonunda öz metoduna əsaslanan bəzi sxemlərin nümunələri ilə bir əlavə tamamladı. Bul cəbrinin əməliyyatlarının ikili sistemdə (yəni, ikili ədədlərlə) arifmetik əməliyyatlara çox bənzədiyini göstərərək, relé ilə "ikili sistemdə elektrik cəmləyici" – ki, biz buna ikili cəmləyici deyirik, necə yığılacağını nümayiş etdirdi. Bir neçə ay sonra, Bell Labs-dan bir alim, mətbəx masasının üstündə belə bir cəmləyici etdi.
Ştibitz
Corc Ştibitz (George Stibitz), Bell Labs-in Manhattan'daki mühəndislik bölməsinin araşdırıcısı, 1937-ci ilin qaranlıq noyabr axşamında evinə qəribə bir avadanlıq dəsti gətirdi. Quru akkumulyator hüceyrələri, avadanlıq şitləri üçün iki kiçik lampalar və bir zibildir tapılmış bir cüt U tipi düz relenin olduğu bir dəst. Bir neçə tel və bəzi zibilləri əlavə edərək, iki birbitlik ikili ədədi toplayan və lampalarla iki rəqəmli bir ədəd verən bir cihaz düzəltdi: bir - açıq, sıfır - bağlı.
Ştibitz'in ikili toplayıcısı
Fizik təhsilli Ştibitzdən relə maqnitlərinin fiziki xüsusiyyətlərini qiymətləndirməsi istəndi. Daha əvvəl relələr ilə heç bir təcrübəsi olmayan Ştibitz, Bell telefon sxemlərində onların istifadəsini öyrənməyə başladı. Tezliklə Corc bəzən sxemlər ilə ikili ədədlərlə arifmetik əməliyyatlar arasında oxşarlıq gördü. Maraqlı olduğundan, mətbəx masasında öz kiçik layihəsini düzəltdi.
İlk öncə Ştibitz'in relələrlə oynamağı Bell Labs rəhbərliyi üçün az maraq doğurmuşdu. Lakin 1938-ci ildə araşdırma qrupunun rəhbəri Corcdan soruşdu ki, onun kalkulyatorları kompleks ədədlərlə arifmetik əməliyyatlar üçün istifadə oluna bilərmi (məsələn, a + bi, burada i — mənfi ədədin kvadrat kökü). Məlum olub ki, Bell Labs-də bir neçə hesab bölməsi bu cür ədədləri çoxaltmaqdan və bölməkdən yorulmuşdular. Bir komplex ədədin çoxaldılması masaüstü kalkulyatda dörd arifmetik əməliyyat tələb edirdi, bölünmə isə 16 əməliyyat tələb edirdi. Ştibitz problemin həll oluna biləcəyini bildirdi və belə hesablamalar üçün bir cihaz planı inkişaf etdirdi.
Son dizayn, telefon mühəndisi Samuel Williams tərəfindən metalda həyata keçirildi, Komplex ədədlər kompüteri – ya da qısa olaraq Komplex Kompüter – adlandırıldı və 1940-cı ildə işə salındı. Hesablamalar üçün 450 relə istifadə olunurdu, ara nəticələr on koordinat dəyişdiricisində saxlanılırdı. Məlumatlar rulon teleqrafı ilə daxil edilir və qəbul olunurdu. Bell Labs-in departamentlərində üç belə teleqraf quraşdırılmışdı, bu da kompüter gücünə olan yüksək tələbatı göstərirdi. Relə, matrisa, teleqraflar – bütün aspektləri ilə bu, Bell sisteminin məhsulu idi.
Ulduz saatı Complex Computer 1940-cı ilin 11 sentyabrında başladı. Shtibitz Dartmouth Kollecində Amerika Riyaziyyat Cəmiyyətinin iclasında kompüter haqqında hesabat təqdim etdi. O, orada, Manhettendəki Complex Computer-ə teleqraf bağlantısı ilə teləqram göndərən bir teletyp quraşdırılması üçün razılığa gəldi. Maraqlananlar teletypə yaxınlaşaraq klaviaturada tapşırığın şərtlərini daxil edə bilərdilər və bir dəqiqədən az bir müddətdə teletypın möcüzəvi şəkildə nəticəni çap etdiyini görürdülər. Bu yeniliyi sınayanlar arasında Con Mauchly (John Mauchly) və Con fon Neyman (John von Neumann) var idi, hər biri, hekayəmizin davamında mühüm rol oynayacaq.
İclasa qatılanlar gələcək dünya haqqında qısa bir parıltı gördülər. Sonradan kompüterlər o qədər baha başa gəldi ki, administratorlar istifadəçi konsolun önündə çənəsini tutub nə yazacağına düşünərkən, onların boş qalmalarına icazə verə bilmirdilər. Növbəti 20 ildə alimlər hər zaman sizin məlumatlarınızı daxil etməyinizi gözləyən ümumi məqsədli kompüterləri necə yarada biləcəklərini düşünəcəklər. Və daha 20 il keçəcək ki, bu interaktiv hesablamalar rejimi gündəlik bir hal halına gəlsin.
Shtibitz 1960-cı illərdə dartmut interaktiv terminalları qarşısında. Dartmouth Kolleci interaktiv hesablamalar sahəsində pioner idi. Shtibitz 1964-cü ildən kollecdə professor oldu.
Təəccüblüdür ki, onun həll etdiyi məsələlərə baxmayaraq, Complex Computer müasir standartlara görə əslində heç bir kompüter deyil. O, kompleks ədədrlə arifmetik əməliyyatları yerinə yetirə bilirdi və ehtimal ki, digər bənzər məsələləri də həll edə bilirdi, amma ümumi məqsədli məsələləri həll edə bilmirdi. O, proqramlaşdırıla bilən deyildi. İstədiyimiz ardıcıllıqla əməliyyatları həyata keçirə və ya təkrar edə bilmirdi. Bu, müəyyən hesablamaları əvvəlki nəsillərdən daha yaxşı yerinə yetirə bilən bir kalkulyator idi.
İkinci Dünya müharibəsinin başlanğıcı ilə Bell, Shtibitz rəhbərliyi altında Model II, Model III və Model IV adlanan bir sıra kompüterlər yaratdı (Complex Computer isə Model I adını aldı). Onların əksəriyyəti Müdafiə Araşdırmaları üzrə Milli Komitə tərəfindən tələblə hazırlanmışdı və bu komitəyə rəhbərlik edən şəxs heç kəs olmayıb, Venivar Bush idi. Shtibitz cihazların funksiyaları və proqramlaşdırıla bilməsi baxımından daha çox müxtəlifliliyinin təsvirini inkişaf etdirdi.
Məsələn, Ballistik Kalkulyator (sonradan Model III) zenit atəş idarəetmə sistemlərinin tələbləri üçün hazırlanmışdır. O, 1944-cü ildə Texasda, Fort Bliss-də istifadəyə verilib. Cihaz 1400 relədən ibarət idi və dövrəli kağız lentdəki təlimatların ardıcıllığı ilə müəyyən olunan hesablamalar proqramını yerinə yetirə bilərdi. Ayrı-ayrı girişlər üçün lent təqdim olunurdu, ayrıca isə cədvəl məlumatları. Bu, trigonometriya funksiyalarının real hesablamalar olmadan sürətlə tapılmasına imkan verirdi. Bell mühəndisləri releni irəliləyib/geri skan edən xüsusi axtarış sxemləri (hunting circuits) hazırladılar və cədvəl dəyərlərinin ünvanlarını hesablamalardan asılı olmayaraq axtarırdı. Ştibits, 24 saat işləmiş Model III hesablayıcısının 25–40 hesablayıcını əvəz etdiyini müəyyən etdi.
Bell Model III relələrinin stendləri
Model V artıq hərbi xidmətdə iştirak edə bilmədi. Bu model daha unikal və güclü oldu. Əvəzlədiyi hesablayıcıların sayına görə, Model III-dən təxminən on dəfə çox idi. 9 mindən artıq relədən ibarət bir neçə hesablayıcı modulu, istifadəçilərin müxtəlif tapşırıqlar üçün şərtləri daxil etdiyi bir neçə stansiyadan giriş məlumatları alırdı. Hər bir stansiya üçün məlumatların daxil edilməsi üçün bir lent oxuyucusu və təlimatlar üçün isə beş lent oxuyucusu vardı. Bu, əsas lentdəki tapşırığı hesablarkən müxtəlif alt proqramların çağırılmasına imkan verirdi. Baş idarəetmə modulu (əsasən, əməliyyat sisteminin analoqu) təlimatları mövcudluğuna görə hesablayıcı modullara paylayırdı və proqramlar şərti keçidlər yerinə yetirə bilirdi. Bu artıq sadəcə bir kalkulyator deyildi.
Möcüzələr ili: 1937-ci il
1937-ci ili hesablama maşınlarının tarixinə dönüş nöqtəsi hesab etmək olar. O il Shannon və Ştibits relə sxemləri ilə riyazi funksiyalar arasında oxşarlığı gördülər. Bu nəticələr Bell Labs-ı əhəmiyyətli sayda rəqəmsal maşınların yaradılmasına gətirib çıxardı. Bu, bir növ — yaxud da əvəzolma — həmin il, modest telefon reləsi, fiziki formasını dəyişmədən abstrakt riyaziyyatın və məntiqin ifadəsinə çevrildi.
Həmin ildə yanvar ayının nömrəsində Proceedings of the London Mathematical Society britaniya riyaziyyatçısı Alan Turingin "Hesablana bilən ədədlər və bununla əlaqəli" » (Hesaplanabilir Sayılar Üzerine, Entscheidungsproblem'a Uygulama). Bu çalışmada evrensel bir hesaplama makinesi tanımlandı: yazar, bunun insan hesaplayıcıların yaptığı işlemleri mantıksal olarak eşdeğer şekilde gerçekleştirebileceğini iddia etti. Geçen yıl Princeton Üniversitesi'nde lisansüstü eğitimine başlayan Turing, röle devrelerine de ilgi duyuyordu. Aynı zamanda, Bush gibi Almanya ile artan savaş tehdidinden endişe duyuyordu. Bu nedenle, askeri mesajların şifrelenmesi için kullanılabilecek dış bir kriptografik proje – ikili çarpan – üzerinde çalışmaya başladı. Turing, bunu üniversitedeki mekanik atölyede topladığı rölelerden inşa etti.
Aynı 1937'de Howard Aiken, önerilen otomatik hesaplama makinesi üzerinde düşünüyordu. Harvard'da lisansüstü elektrik mühendisliği öğrencisi olan Aiken, hesaplamaların büyük bir kısmını sadece mekanik bir hesap makinesi ve matematiksel tablolarla yapıyordu. Bu rutini ortadan kaldıracak bir tasarım önerdi. Var olan hesaplama aygıtlarının aksine, bu otomatik ve döngüsel olarak işlemleri işleyebilir ve önceki hesaplamaların sonuçlarını bir sonraki işlemlerin girdi verisi olarak kullanabilmeliydi.
Bu arada Nippon Electric Company'de telekomünikasyon mühendisi Akira Nakashima, 1935 yılından beri röle devreleri ve matematik arasındaki bağlantıları araştırıyordu. Nihayet 1938'de, bağımsız olarak röle devrelerinin Boole cebiri ile eşdeğerli olduğunu kanıtladı.
Berlin'de, sonsuz hesaplamalardan yorulmuş eski bir havacılık mühendisi olan Konrad Zuse, ikinci hesaplama makinesini yaratmak için fon arıyordu. İlk mekanik cihazı - V1 - güvenilir bir şekilde çalışmadığı için, arkadaşının, telekomünikasyon mühendisi Helmut Schreyer ile birlikte geliştirdiği bir röle bilgisayarı yapmak istiyordu.
Telefon rölelerinin evrenselliği, matematiksel mantıkla ilgili çıkarımlar ve parlak zihinlerin sıkıcı işlerden kurtulma isteği - hepsi bir araya gelerek yeni tür bir mantıksal makine fikrinin ortaya çıkmasına yol açtı.
Unutulmuş bir nesil
1937'deki keşiflerin ve geliştirmelerin meyvelerinin olgunlaşması birkaç yıl sürdü. Savaş, en güçlü gübre oldu ve savaşın gelişiyle birlikte röleli bilgisayarlar, gerekli teknik uzmanlık bulunan her yerde görülmeye başlandı. Matematiksel mantık, elektrik mühendisliğinin bir ızgarası haline geldi. Programlanabilir hesaplama makinelerinin yeni biçimleri ortaya çıkmıştı - modern bilgisayarların ilk taslağı.
Ştibitz maşınlarına əlavə olaraq, 1944-cü ilə qədər ABŞ Harvard Mark I / IBM Avtomatik Ardıcıllıqla İdarə Olunan Kalkulyator (ASCC) ilə qürurlana bilirdi, bu da Eikenin təklifinin nəticəsi idi. İkiqat ad, akademik mühit ilə sənaye arasındakı münasibətlərin pisləşməsindən irəl gəlmişdi: hər kəs cihaz üzərində hüquq iddia edirdi. Mark I / ASCC idarəetmə reley kilidli sxemlərdən istifadə edirdi, lakin əsas riyazi modulu IBM-in mexaniki kalkulyatorlarının arxitekturasına əsaslanmışdı. Maşın ABŞ-dakı gəmiqayırma bürosunun ehtiyacları üçün yaradılmışdı. Onun varisi Mark II, 1948-ci ildə Donanmanın sınaq poligonunda işə düşdü və onun bütün əməliyyatları yalnız releylərə əsaslanırdı - 13 min reley əsasında.
Cuzə müharibə dövründə getdikcə daha mürəkkəb bir neçə releyli kompüterlər inşa etdi. Kulminasiya V4 oldu, bu, Bell Model V kimi alt proqramları çağırma imkanlarını əhatə edən və şərti keçidlər yerinə yetirən bir cihaz idi. Materialların çatışmazlığından dolayı Yaponiyada Naakşimanın və onun həmvətənlərinin hər hansı bir inkişafı müharibədən sonra ölkə bərpa olunana qədər reallıqda həyata keçirilmədi. 1950-ci illərdə yenidən qurulmuş xarici ticarət və sənaye nazirliyi iki reley maşınlarının yaradılmasını maliyyələşdirdi, bunlardan ikincisi 20 min reley ilə nəhəng bir cihaz idi. Bu işdə iştirak edən Fujitsu, öz kommersiya məhsullarını hazırladı.
Bu gün bu maşınlar demək olar ki, tamamilə unudulmuşdur. Yalnız bir ad xatırlanır - ENİAK. Unutma səbəbi, onların mürəkkəbliyinə, ya da imkanlarına, ya da sürətinə aid deyil. Releylərin hesablamalı və məntiqi xüsusiyyətləri, alimlər və araşdırmaçılar tərəfindən, keçidçi kimi hər hansı bir cihazın fəaliyyət göstərə biləcəyi hər cür cihaz üçün etibarlıdır. Belə oldu ki, daha bir bənzər cihaz vardı - elektron keçidçi, releydən yüz dəfə daha sürətlə işləyə bilirdi.
İkinci Dünya Müharibəsinin hesablama maşınlarının tarixindəki əhəmiyyəti artıq aydın olmalıdır. Ən dəhşətli müharibə elektron maşınların inkişafına təkan verdi. Onun başlanğıcı, elektron keçidlərin açıq çatışmazlıqlarını aşmaq üçün lazım olan resursları azad etdi. Elekromexaniki kompüterlərin hökmranlığı qısa müddətli oldu. Titanlar kimi, öz övladları tərəfindən devrildilər. Releylər kimi, elektron keçidlərin yaranması telekommunikasiya sənayesinin tələbləri ilə bağlıdır. Haradan qaynaqlandığını öyrənmək üçün tariximizdə radio dövrünün başlanğıcına getməliyik.
Mənbə: habr.com
