Забравеното поколение релейни компютри

В нашата предишна статия описва възхода на автоматичните телефонни централи, които се управляват от релейни вериги. Този път искаме да говорим за това как учени и инженери са разработили релейни вериги в първото - вече забравено - поколение цифрови компютри.

Щафетата в зенита си

Ако си спомняте, работата на релето се основава на прост принцип: електромагнит управлява метален ключ. Идеята за релето е предложена независимо през 1830 г. от няколко натуралисти и предприемачи в телеграфния бизнес. След това, в средата на XNUMX-ти век, изобретатели и механици превърнаха релето в надежден и незаменим компонент на телеграфните мрежи. Именно в тази област животът на релето достигна своя зенит: то беше миниатюризирано и поколения инженери създадоха безброй дизайни, формално обучени по математика и физика.

В началото на 1870-ти век не само системите за автоматично превключване, но и почти цялото оборудване на телефонната мрежа съдържа един или друг тип реле. Една от най-ранните употреби в телефонията датира от XNUMX г., в ръчни превключватели. Когато абонатът завъртя дръжката на телефона (магнитодръжка), се изпраща сигнал към телефонната централа, включващ блендера. Бленкер е реле, което при задействане на превключвателната маса при телефонния оператор падаше метална капачка, което показваше входящо повикване. След това дамата оператор вкара щепсела в конектора, релето се нулира, след което беше възможно отново да се повдигне амортисьорът, който се задържа в това положение от електромагнит.

До 1924 г. двама инженери на Bell пишат, че типичната ръчна телефонна централа обслужва около 10 40 абоната. Нейното оборудване съдържаше 65-10 хиляди релета, чиято обща магнитна сила беше „достатъчна за повдигане на XNUMX тона“. В големите телефонни централи с машинни превключватели тези характеристики бяха умножени по две. Много милиони релета бяха използвани в цялата телефонна система на САЩ и техният брой непрекъснато нарастваше с автоматизирането на телефонните централи. Една телефонна връзка може да обслужва от няколко до няколкостотин релета - в зависимост от броя и оборудването на включените телефонни централи.

Фабриките на Western Electric, производствената част на Bell Corporation, произвеждат огромна гама релета. Инженерите са създали толкова много модификации, че и най-изтънчените развъдчици на кучета или любители на гълъби биха завидели на това разнообразие. Оптимизирана е скоростта на работа и чувствителността на релето, намалени са размерите. През 1921 г. Western Electric произвежда почти 5 милиона релета от сто основни типа. Най-масивното беше универсалното реле тип Е, плоско, почти правоъгълно устройство, което тежеше няколко десетки грама. В по-голямата си част той беше направен от щамповани метални части, тоест беше технологично напреднал в производството. Корпусът предпазваше контактите от прах и индуцирани токове от съседни устройства: обикновено релетата бяха монтирани близо едно до друго, в стелажи със стотици и хиляди релета. Бяха разработени общо 3 хиляди варианта на тип E, всеки от които се различаваше по намотка и контактни конфигурации.

Скоро тези релета започнаха да се използват в най-сложните превключватели.

Превключвател за координати

През 1910 г. Готилф Бетуландер, инженер в Royal Telegrafverket, държавната корпорация, която контролира по-голямата част от шведския телефонен пазар (почти целия в продължение на десетилетия), има идея. Той вярваше, че може значително да подобри ефективността на операциите на Telegrafverket чрез изграждане на системи за автоматично превключване, изцяло базирани на релета. По-точно на релейни матрици: решетки от стоманени пръти, свързани към телефонни линии, с релета в пресечните точки на прътите. Такъв превключвател трябва да бъде по-бърз, по-надежден и по-лесен за поддръжка от системите, базирани на плъзгащи се или въртящи се контакти.

Нещо повече, Bethulander излезе с идеята, че е възможно частите от системата, отговорни за избора и свързването, да бъдат разделени в независими релейни вериги. А останалата част от системата трябва да се използва само за установяване на гласов канал и след това да бъде освободена, за да обслужва друго повикване. Тоест Betulander стигна до идеята, която по-късно беше наречена "общ контрол" (общ контрол).

Той нарече веригата, която съхранява номера на входящото повикване, "рекордер" (друг термин е регистър). А схемата, която намира в решетката и "маркира" наличната връзка, той нарече "маркер". Авторът е патентовал своята система. Няколко такива станции се появиха в Стокхолм и Лондон. И през 1918 г. Bethulander научава за американска иновация: напречният превключвател, създаден от инженера на Bell Джон Рейнолдс пет години по-рано. Този превключвател беше много подобен на дизайна на Betulander, но използваше n+m реле за поддръжка n+m матрични възли, което беше много по-удобно за по-нататъшното разширяване на телефонните централи. Когато се установи връзка, лентата за задържане притисна „пръстите“ на струните на пианото и лентата за избор се премести през матрицата, за да се свърже с друго повикване. На следващата година Bethulander включи тази идея в своя дизайн на комутатора.

Но повечето инженери смятат творението на Bethulander за странно и ненужно сложно. Когато дойде време да се избере комутационна система за автоматизиране на мрежите на най-големите шведски градове, Telegrafverket избра дизайн, разработен от Ericsson. Превключвателите на Bethulander се използват само в малки телефонни централи в селските райони: релетата са по-надеждни от моторизираната автоматизация на комутаторите на Ericsson и не изискват техници за поддръжка на всяка централа.

Американските телефонни инженери обаче имаха различно мнение по този въпрос. През 1930 г. Bell Labs пристигат в Швеция и са „много впечатлени от параметрите на модула за превключване на координати“. След завръщането си американците незабавно започват работа по това, което ще стане известно като "координатна система № 1", заменяйки панелните превключватели в големите градове. До 1938 г. в Ню Йорк са инсталирани две такива системи. Скоро те се превърнаха в стандартно оборудване за градски телефонни централи, докато повече от 30 години по-късно бяха заменени от електронни ключове.

Най-интересният компонент на напречната греда #1 беше новият, по-сложен маркер, разработен в Bell. Имаше за цел да търси свободен маршрут от обаждащия се до повиквания чрез няколко свързани помежду си координатни модула, поради което беше създадена телефонна връзка. Освен това токенът трябваше да тества всяка връзка за състоянието на „свободен“/„зает“. Това изискваше прилагането на условна логика. Както пише историкът Робърт Чапуи:

Изборът е произволен, тъй като свободната връзка се поддържа само ако осигурява достъп до релса, която има свободна връзка към следващото ниво като свой изход. Ако няколко комплекта връзки отговарят на желаните условия, тогава "приоритетната логика" (преференциална логика) избира една от [съществуващите] най-малки връзки ...

Напречната греда е перфектен пример за взаимно обогатяване на технологични идеи. Betulander създаде своя превключвател с всички релета, след което го подобри с матрица на превключвателя на Reynolds и доказа, че полученият дизайн работи. По-късно инженерите на AT&T преработиха този хибриден превключвател, подобриха го и създадоха координатна система номер 1. След това тази система стана компонент на два ранни компютъра, единият от които сега е известен като крайъгълен камък в историята на компютрите.

Математически изчисления (Математически труд)

За да разберем как и защо релетата и техните електронни братовчеди помогнаха за революция в компютрите, имаме нужда от кратко отклонение в света на математическите изчисления. След него ще стане ясно защо има скрито търсене на оптимизация на изчислителните процеси.

До началото на XNUMX-ти век цялата система на съвременната наука и инженерство се основаваше на работата на хиляди хора, които извършваха математически изчисления. Те бяха повикани компютри (компютри)[За да се избегне объркване, по-нататък ще се използва терминът калкулатори. - Забележка. пер.]. Още през 1820-те години Чарлз Бабидж създава разлика двигател (въпреки че неговият апарат имаше идеологически предшественици). Основната му задача беше да автоматизира изграждането на математически таблици, например за навигация (изчисляване на тригонометрични функции чрез полиномни приближения при 0 градуса, 0,01 градуса, 0,02 градуса и т.н.). Имаше и голямо търсене на математически изчисления в астрономията: беше необходимо да се обработят суровите резултати от наблюдения с телескоп във фиксирани области на небесната сфера (и зависимостта от времето и датата на наблюденията) или да се определят орбитите на нови обекти (например Халеевата комета).

От времето на Бабидж нуждата от компютри е нараснала експоненциално. Електроенергийните компании трябваше да разберат поведението на системите за пренос на електроенергия с изключително сложни динамични свойства. Оръдията, изработени от бесемерова стомана, способни да хвърлят снаряди над хоризонта (и следователно, поради прякото наблюдение на целта, те вече не се прицелват), изискват все по-точни балистични таблици. Новите статистически инструменти, които включват голямо количество математически изчисления (например методът на най-малките квадрати), се използват все повече както в науката, така и в разрастващия се държавен апарат. Университети, правителствени служби и индустриални корпорации създадоха компютърни отдели, които обикновено набираха жени.

Механичните калкулатори само улесниха изчислителната задача, но не я решиха. Калкулаторите ускоряваха аритметичните операции, но всяка сложна научна или инженерна задача изискваше стотици или хиляди операции, всяка от които калкулаторът (човекът) трябваше да извърши ръчно, като внимателно записваше всички междинни резултати.

Няколко фактора допринесоха за появата на нови подходи към проблема с математическите изчисления. Млади учени и инженери, които мъчително изчисляваха задачите си през нощта, искаха да си починат ръцете и очите. Ръководителите на проекти бяха принудени да отделят все повече и повече пари за заплатите на много калкулатори, особено след Първата световна война. И накрая, много напреднали научни и инженерни проблеми бяха трудни за изчисляване на ръка. Всички тези фактори доведоха до създаването на серия от компютри, работата по които беше извършена под ръководството на Vannevar Bush, електроинженер в Масачузетския технологичен институт (MIT).

Диференциален анализатор

До този момент историята често е била безлична, но сега ще говорим повече за конкретни хора. Glory заобиколи създателите на панелния превключвател, релето тип E и веригата на фидуциалния маркер. За тях не са запазени дори биографични анекдоти. Единственото публично достъпно доказателство за живота им са фосилизираните останки от създадените от тях машини.

Сега можем да разберем по-дълбоко хората и тяхното минало. Но вече няма да срещнем тези, които са работили усилено по таваните и работилниците у дома - Морс и Вейл, Бел и Уотсън. В края на Първата световна война ерата на героичните изобретатели почти приключи. Томас Едисън може да се счита за преходна фигура: в началото на кариерата си той е наемен изобретател, а към края става собственик на "фабрика за изобретения". По това време разработването на най-забележителните нови технологии се превърна в домейн на организации - университети, корпоративни изследователски отдели, правителствени лаборатории. Хората, за които ще говорим в този раздел, принадлежат към такива организации.

Например Ванивар Буш. Той пристига в MIT през 1919 г., когато е на 29 години. Малко повече от 20 години по-късно той беше сред хората, които повлияха на участието на САЩ във Втората световна война и помогнаха за увеличаване на публичното финансиране, което завинаги промени връзката между правителството, академичните среди и развитието на науката и технологиите. Но за целите на тази статия ние се интересуваме от поредица от машини, които са разработени в лабораторията на Буш от средата на 1920-те години на миналия век и са предназначени да решат проблема с математическите изчисления.

Масачузетският технологичен институт, който наскоро се премести от центъра на Бостън до река Чарлз в Кеймбридж, беше тясно свързан с нуждите на индустрията. Самият Буш, в допълнение към своята професорска длъжност, имаше финансови интереси в няколко бизнеса с електроника. Така че не трябва да ви изненадва, че проблемът, който накара Буш и неговите ученици да работят върху новото изчислително устройство, произхожда от енергетиката: да се симулира поведението на преносните линии при условия на пиково натоварване. Очевидно това беше само едно от многото възможни приложения на компютрите: навсякъде се извършваха досадни математически изчисления.

Буш и колегите му първо създадоха две машини, които нарекоха продуктови интеграли. Но най-известната и успешна машина на MIT беше друга - диференциален анализаторзавършен през 1931 г. Той решава проблеми с предаването на електричество, изчислява орбитите на електроните, траекториите на космическото излъчване в магнитното поле на Земята и много други. Изследователи по целия свят, които се нуждаеха от изчислителна мощност, създадоха десетки копия и варианти на диференциалния анализатор през 1930-те години на миналия век. Някои - дори от Meccano (английският аналог на американските детски дизайнери на марката Комплект еректор).

Диференциалният анализатор е аналогов компютър. Математическите функции бяха изчислени с помощта на въртящи се метални пръти, скоростта на въртене на всяка от които отразяваше някаква количествена стойност. Двигателят задейства независим прът - променлива (обикновено представлява време), която от своя страна чрез механични връзки завърта други пръти (различни диференциални променливи) и се изчислява функция на базата на входната скорост на въртене. Резултатите от изчисленията бяха начертани на хартия под формата на криви. Най-важните компоненти бяха интегратори - колела, които се въртяха с дискове. Интеграторите могат да изчислят интеграла на крива без досадни ръчни изчисления.

Диференциален анализатор. Интегрален модул - с повдигнат капак, от страната на прозореца има таблици с резултатите от изчисленията, а в средата - комплекс от изчислителни пръти

Нито един от компонентите на анализатора не съдържа дискретни превключващи релета или цифрови превключватели от какъвто и да е вид. Така че защо говорим за това устройство? Отговорът е четвърто семейна кола.

В началото на 1930-те години на миналия век Буш започва да ухажва Фондация Рокфелер, за да получи финансиране за по-нататъшно развитие на анализатора. Уорън Уивър, ръководител на отдела по природни науки на фондацията, първоначално не беше убеден. Инженерството не беше неговата област на експертиза. Въпреки това Буш рекламира безграничния потенциал на новата си машина за научни приложения - особено в математическата биология, любимият проект на Уивър. Буш също така обеща многобройни подобрения на анализатора, включително „способността за бързо превключване на анализатора от един проблем към друг, като телефонно табло“. През 1936 г. усилията му са възнаградени с безвъзмездна помощ от 85 XNUMX долара за изграждане на ново устройство, което по-късно е наречено Рокфелеров диференциален анализатор.

Като практичен калкулатор този анализатор не беше изключителен пробив. Буш, който стана вицепрезидент на Масачузетския технологичен институт и декан на инженерния отдел, не можеше да отдели много време за ръководене на разработки. Всъщност той скоро сам се оттегли, поемайки задълженията на председател на института Карнеги във Вашингтон. Буш усети приближаването на войната и имаше няколко научни и индустриални идеи, които биха могли да обслужват нуждите на въоръжените сили. Тоест той искаше да бъде по-близо до центъра на властта, където можеше по-ефективно да влияе върху решаването на определени въпроси.

В същото време техническите проблеми, продиктувани от новия дизайн, бяха решени от персонала на лабораторията и скоро те започнаха да се пренасочват към работа по военни задачи. Машината Рокфелер е завършена едва през 1942 г. Военните го намериха за полезно за вградено производство на балистични маси за артилерия. Но скоро това устройство беше напълно засенчено дигитален компютри - представяне на числата не като физически величини, а абстрактно, с помощта на позициите на превключвателя. Случи се така, че самият анализатор на Рокфелер използва доста от тези превключватели, състоящи се от релейни вериги.

Шанън

През 1936 г. Клод Шанън е само на 20 години, но вече е завършил Мичиганския университет с бакалавърска степен по две специалности: електроинженерство и математика. Той беше доведен в Масачузетския технологичен институт чрез листовка, закачена на табло за обяви. Ванивар Буш търсеше нов асистент, който да работи върху диференциален анализатор. Шанън кандидатства без колебание и скоро започва да работи върху нови проблеми и едва след това новото устройство започва да се оформя.

Шанън изобщо не приличаше на Буш. Той не беше нито бизнесмен, нито строител на академична империя, нито администратор. През целия си живот обичаше игри, пъзели и забавления: шах, жонглиране, лабиринти, криптограми. Подобно на много мъже от неговата епоха, по време на войната Шанън се посвещава на сериозна кауза: той заема длъжност в Bell Labs по държавен договор, който защитава крехкото му тяло от военната служба. Неговите изследвания върху контрола на огъня и криптографията през този период доведоха на свой ред до фундаментална работа върху теорията на информацията (няма да засягаме това). През 1950-те години на миналия век, когато войната и последиците от нея утихнаха, Шанън се върна към преподаване в MIT, прекарвайки свободното си време в развлечения: калкулатор, който работеше изключително с римски цифри; машина, когато се включи, от нея се появи механична ръка и изключи машината.

Структурата на машината Рокфелер, която Шанън среща, е логически същата като тази на анализатора от 1931 г., но е изградена от напълно различни физически компоненти. Буш осъзнава, че прътите и механичните зъбни колела в по-старите машини намаляват тяхната ефективност: за да се извършат изчисления, е необходимо да се настрои машината, което отнема много човекочасове работа от квалифицирани механици.

Новият анализатор е загубил този недостатък. В основата на неговия дизайн не беше маса с пръти, а координатен превключвател - допълнителен прототип, дарен от Bell Labs. Вместо да предава мощност от централен вал, всеки интегрален модул се задвижва независимо от електрически мотор. За да настроите машината за решаване на нов проблем, беше достатъчно просто да конфигурирате релетата в координатната матрица, за да свържете интеграторите в желаната последователност. Четец на перфорирана лента (заимстван от друго телекомуникационно устройство, телетайпна ролка) прочете конфигурацията на машината и релейна верига преобразува сигнала от лентата в контролни сигнали за матрицата - беше като да установите поредица от телефонни разговори между интегратори.

Новата машина беше не само много по-бърза и лесна за настройка, но също така работеше по-бързо и по-точно от своя предшественик. Тя можеше да решава по-сложни проблеми. Днес този компютър може да се смята за примитивен, дори екстравагантен, но тогава изглеждаше на наблюдателите като някакъв страхотен - или може би ужасен - работещ интелект:

Всъщност това е математически робот. Електрически задвижван автомат, предназначен не само да снеме тежестта на тежките изчисления и анализи от човешкия мозък, но и да се нахвърли върху и да реши математически проблеми отвъд умственото решение.

Шанън се концентрира върху преобразуването на данните от хартиената лента в инструкции за "мозъка", а релейната верига отговаря за тази операция. Той обърна внимание на съответствието между структурата на веригата и математическите структури на булевата алгебра, която изучаваше в последната си година в Мичиган. Това е алгебра, чиито операнди бяха ВЯРНО и НЕВЯРНО, и операторите И, ИЛИ, НЕ и др. Алгебра, съответстваща на логически твърдения.

След като прекарва лятото на 1937 г., работейки в Bell Labs в Манхатън (идеално място за мислене за релейни вериги), Шанън написва магистърската си теза, озаглавена Символен анализ на релейни и превключващи вериги. Заедно с работата на Алън Тюринг, написана година по-рано, дисертацията на Шанън формира основата на науката за изчислителните машини.

През 1940-те и 1950-те години на миналия век Шанън създава няколко изчислителни/логически машини: калкулатор за римско смятане THROBAC, машина за ендшпил за шах и Тезей, лабиринт, задвижван от електромеханична мишка (на снимката)

Шанън откри, че системата от пропозиционални логически уравнения може да бъде директно механично преведена във физическа верига от релейни превключватели. Той заключи: „Всъщност всяка операция, която може да бъде описана в краен брой стъпки с помощта на думи АКО, И, ИЛИ и т.н., могат да се извършват автоматично от релета. Например, две управлявани превключващи релета, свързани последователно, образуват логика И: токът ще тече през главния проводник само когато и двата електромагнита са активирани, за да затворят превключвателите. В същото време две релета, свързани в паралелна форма ИЛИ: ток протича през главната верига, активиран от един от електромагнитите. Изходът на такава логическа схема може от своя страна да управлява електромагнитите на други релета, за да произвеждат по-сложни логически операции като (A И B) или (C И Д).

Шанън завърши дисертацията си с приложение с няколко примера за схеми, създадени по неговия метод. Тъй като операциите на булевата алгебра са много подобни на тези на двоичната аритметика (т.е., използвайки двоични числа), той показа как реле може да бъде вградено в „електрически суматор в двоичен код“ - ние наричаме това двоичен суматор. Няколко месеца по-късно един от учените от Bell Labs направи такъв суматор на кухненската маса.

Стибиц

Джордж Стибиц, изследовател в отдела по математика в централата на Bell Labs в Манхатън, донесе у дома странен набор от оборудване в една тъмна ноемврийска вечер през 1937 г. Сухи батерийни клетки, две малки електрически крушки за хардуерни екрани и няколко плоски релета тип U, намерени в кофа за боклук. Като добави някои кабели и малко боклуци, той сглоби устройство, което може да събере две едноцифрени двоични числа (представени от наличието или липсата на входно напрежение) и да изведе двуцифрено число с помощта на електрически крушки: едно - включено, нула - изключено .

Двоичен суматор Stiebits

Stiebitz, физик по образование, беше помолен да оцени физическите свойства на релейните магнити. Преди това той изобщо не е имал опит с релетата и затова е започнал с изучаване на използването им в телефонни вериги на Bell. Джордж скоро забеляза прилики между някои схеми и аритметични операции с двоични числа. Заинтригуван, той събра страничния си проект на кухненската маса.

Първоначално манипулирането на релето на Stiebitz не предизвика слаб интерес сред ръководителите на Bell Labs. Но през 1938 г. ръководителят на изследователската група попитал Джордж дали неговите калкулатори могат да се използват за аритметични операции с комплексни числа (напр. а+бiКъдето i е корен квадратен от отрицателно число). Оказа се, че няколко компютърни отдела в Bell Labs вече стенеха от факта, че постоянно трябва да умножават и делят такива числа. Умножението на едно комплексно число изискваше четири аритметични операции на настолен калкулатор, делението - 16 операции. Стибиц каза, че може да реши проблема и проектира машина за такива изчисления.

Окончателният дизайн, въплътен в метал от телефонния инженер Самуел Уилямс, се нарича Complex Number Computer — или накратко Complex Computer — и влиза в производство през 1940 г. За изчисленията са използвани 450 релета, междинните резултати са записани в десет координатни превключвателя. Данните бяха въведени и получени с помощта на ролен телетайп. Отделите на Bell Labs са инсталирали три от тези телепринтери, което показва голямо търсене на изчислителна мощност. Релета, матрици, телетипове - във всяко отношение това беше продукт на системата Bell.

Най-добрият час на Complex Computer удари на 11 септември 1940 г. Stiebitz представи доклад за компютъра на среща на Американското математическо общество в Dartmouth College. Той организира там да бъде инсталирана телеграфна машина с телеграфна връзка с Complex Computer в Манхатън, на 400 километра. Желаещите можеха да се доближат до телетайпа, да въведат от клавиатурата условията на задачата и да видят как за по-малко от минута телетайпът магически отпечатва резултата. Сред тези, които тестваха новостта, бяха Джон Мокли (John Mauchly) и Джон фон Нойман (John von Neumann), всеки от които ще играе важна роля в продължението на нашата история.

Участниците в срещата видяха за кратко бъдещия свят. По-късно компютрите станаха толкова скъпи, че администраторите вече не можеха да ги оставят да стоят бездействащи, докато потребителят почесваше брадичката си пред конзолата за управление, обмисляйки какво да напише по-нататък. През следващите 20 години учените ще мислят как да създадат компютри с общо предназначение, които винаги ще чакат да въведете данни в тях, дори докато работите върху нещо друго. И след това ще минат още 20 години, докато този интерактивен начин на изчисление стане ред на нещата.

Stiebits на интерактивния терминал в Дартмут през 1960-те години на миналия век. Dartmouth College беше пионер в интерактивните компютри. Стибиц става професор в колеж през 1964 г

Изненадващо е, че въпреки задачите, които решава, Complex Computer по съвременните стандарти изобщо не е компютър. Може да изпълнява аритметика със сложни числа и вероятно други подобни задачи, но не и такива с общо предназначение. Не беше програмируем. Не можеше да извършва операции на случаен принцип или многократно. Това беше калкулатор, способен да прави определени изчисления много по-добре от своите предшественици.

С избухването на Втората световна война серия от компютри, наречени Model II, Model III и Model IV, са създадени в Bell под ръководството на Stibitz (Complex Computer, съответно, е наречен Model I). Повечето от тях са построени по искане на Националния комитет за изследване на отбраната и той се оглавява от не кой да е, а Ваневар Буш. Stiebitz подобри оформлението на машините по отношение на по-голяма гъвкавост на функциите и възможност за програмиране.

Например балистичният калкулатор (по-късно модел III) е разработен за нуждите на системите за управление на противовъздушния огън. Пуснат е в експлоатация през 1944 г. във Форт Блис, Тексас. Устройството съдържаше 1400 релета и можеше да изпълни програма от математически операции, определени от последователност от инструкции върху хартиена лента с примка. Отделно е подадена лента с входни данни и отделно таблични данни. Това направи възможно бързо намиране на стойностите на, например, тригонометрични функции без реални изчисления. Инженерите на Bell разработиха специални схеми за лов, които сканираха лентата напред / назад и търсеха адреса на желаната стойност на таблицата, независимо от изчисленията. Stiebits установи, че неговият модел III компютър, щракащи релета ден и нощ, замени 25-40 калкулатора.

Релейни стойки Bell Model III

Моделът V нямаше време да посети военната служба. Той стана още по-универсален и мощен. Ако се измерва по отношение на броя компютри, които замества, тогава той е около десет пъти по-добър от Model III. Няколко изчислителни модула с 9 хиляди релета могат да получават входни данни от няколко станции, където потребителите въвеждат условията на различни задачи. Всяка такава станция имаше един четец на ленти за въвеждане на данни и пет за инструкции. Това направи възможно извикването на различни подпрограми при изчисляване на задача от основната лента. Основният контролен модул (всъщност аналог на операционната система) разпределя инструкции към изчислителните модули в зависимост от тяхната наличност, а програмите могат да извършват условни скокове. Това вече не беше просто калкулатор.

Година на чудесата: 1937 г

1937 г. може да се счита за повратна точка в историята на компютрите. През същата година Шанън и Стибиц забелязват прилики между релейните вериги и математическите функции. Тези открития накараха Bell Labs да създадат серия от важни цифрови машини. Беше нещо като екзаптация - или дори замяна - когато едно скромно телефонно реле, без да променя физическата си форма, се превърна в въплъщение на абстрактната математика и логика.

През същата година в януарския брой на изд Сборници на Лондонското математическо общество публикува статия на британския математик Алън Тюринг „За изчислимите числа във връзка с проблем с разрешението» (За изчислимите числа, с приложение към Entscheidungsproblem). Той описва универсална изчислителна машина: авторът твърди, че тя може да извършва действия, логически еквивалентни на тези на човешките калкулатори. Тюринг, който беше влязъл в аспирантура в Принстънския университет предходната година, също беше заинтригуван от релейните вериги. И подобно на Буш, той е загрижен за нарастващата заплаха от война с Германия. Така той се зае с криптографски проект на трета страна, двоичен умножител, който може да се използва за криптиране на военни съобщения. Тюринг го построи от релета, направени в машинния цех на университета.

Също през 1937 г. Хауърд Ейкън мисли за предполагаем автоматичен компютър. Ейкън, студент по електроинженерство в Харвард, направи голяма част от изчисленията си с нищо повече от механичен калкулатор и печатни книги с електронни таблици по математика. Той предложи дизайн, който ще се отърве от тази рутина. За разлика от съществуващите изчислителни устройства, той трябваше да обработва процеси автоматично и циклично, като използва резултатите от предишни изчисления като вход за следващите.

Междувременно в Nippon Electric Company телекомуникационният инженер Акира Накашима изследва връзките между релейните вериги и математиката от 1935 г. Накрая, през 1938 г. той независимо доказва еквивалентността на релейните вериги с булевата алгебра, която Шанън е открил година по-рано.

В Берлин Конрад Цузе, бивш авиационен инженер, уморен от безкрайните изчисления, необходими на работа, търсеше средства за изграждането на втори компютър. Той не успя да накара първото си механично устройство, V1, да работи надеждно, така че искаше да направи релеен компютър, който разработи със своя приятел, телекомуникационния инженер Хелмут Шрайер.

Универсалността на телефонните релета, изводите за математическата логика, желанието на светлите умове да се отърват от зашеметяващата работа - всичко това се преплита и води до появата на идеята за нов тип логическа машина.

забравено поколение

Плодовете на откритията и разработките от 1937 г. трябваше да узреят няколко години. Войната се оказа най-мощният тор и с появата й започнаха да се появяват релейни компютри навсякъде, където съществуваше необходимата техническа експертиза. Математическата логика се превърна в лозето на електротехниката. Възникват нови форми на програмируеми изчислителни машини - първият проект на съвременни компютри.

В допълнение към машините Stiebitz, до 1944 г. САЩ могат да се похвалят с Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), резултат от предложението на Aiken. Двойното име възникна поради влошаването на отношенията между академичната среда и индустрията: всички предявиха претенции към устройството. Mark I/ASCC използва вериги за управление на реле, но основният аритметичен модул е ​​изграден върху архитектурата на механичния калкулатор на IBM. Машината е създадена за нуждите на Бюрото по корабостроене на САЩ. Неговият наследник Mark II започва да работи през 1948 г. на изпитателния полигон на ВМС и всичките му операции се основават единствено на релета - 13 XNUMX релета.

Цузе построи няколко релейни компютри по време на войната, все по-сложни. Кулминацията беше V4, който, подобно на Bell Model V, включваше настройки за извикване на подпрограми и извършване на условни скокове. Поради недостиг на материали в Япония нито един от дизайните на Накашима и неговите сънародници не е въплътен в метал, докато страната не се възстанови от войната. През 1950-те години на миналия век новосформираното Министерство на външната търговия и промишлеността финансира създаването на две релейни машини, втората от които беше чудовище с 20 XNUMX релета. Fujitsu, която участва в създаването, разработи свои собствени търговски продукти.

Днес тези машини са почти напълно забравени. Само едно име остава в паметта - ENIAC (ENIAC). Причината за забравянето не е свързана с тяхната сложност, възможности или скорост. Изчислителните и логически свойства на релетата, открити от учени и изследователи, се прилагат за всеки вид устройство, което може да действа като превключвател. И се случи така, че друго подобно устройство беше налично - електронни превключвател, който може да работи стотици пъти по-бързо от реле.

Значението на Втората световна война в историята на изчислителните машини трябва вече да е очевидно. Най-ужасната война беше тласък за развитието на електронните машини. Създаването му освободи ресурсите, необходими за преодоляване на очевидните недостатъци на електронните ключове. Доминирането на електромеханичните компютри беше краткотрайно. Подобно на титаните, те бяха свалени от своите деца. Подобно на релетата, електронното превключване произхожда от нуждите на телекомуникационната индустрия. И за да разберем откъде идва, трябва да превъртим нашата история назад в зората на ерата на радиото.

Източник: www.habr.com