U našem opisao uspon automatskih telefonskih centrala, koje su kontrolisane relejnim krugovima. Ovog puta želimo da pričamo o tome kako su naučnici i inženjeri razvili relejna kola u prvoj - sada zaboravljenoj - generaciji digitalnih računara.
Štafeta u zenitu
Ako se sjećate, rad releja temelji se na jednostavnom principu: elektromagnet upravlja metalnim prekidačem. Ideju o releju samostalno je predložilo 1830-ih nekoliko prirodnjaka i poduzetnika u telegrafskom poslu. Tada su, sredinom XNUMX. stoljeća, pronalazači i mehaničari pretvorili relej u pouzdanu i nezamjenjivu komponentu telegrafskih mreža. Upravo je u ovoj oblasti život releja dostigao svoj zenit: bio je minijaturizovan, a generacije inženjera stvarale su bezbroj dizajna, formalno obučenih za matematiku i fiziku.
Početkom 1870. stoljeća, ne samo sistemi za automatsku komutaciju, već gotovo sva oprema telefonske mreže sadržavali su jednu ili drugu vrstu releja. Jedna od najranijih upotreba u telefoniji datira iz XNUMX-ih, u ručnim prekidačima. Kada je pretplatnik okrenuo ručku telefona (magneto ručku), na telefonsku centralu je poslat signal, uključivši blender. Blenker je relej koji je prilikom aktiviranja na komutatoru kod telefonskog operatera pao metalni zatvarač, što je ukazivalo na dolazni poziv. Tada je gospođa operaterka umetnula utikač u konektor, relej je resetiran, nakon čega je bilo moguće ponovo podići klapnu, koju je u tom položaju držao elektromagnet.
Do 1924. godine, napisala su dva Bell inženjera, tipična ručna telefonska centrala je opsluživala oko 10 pretplatnika. Njena oprema je sadržavala 40-65 hiljada releja, čija je ukupna magnetna sila bila "dovoljna da podigne 10 tona". U velikim telefonskim centralama sa mašinskim prekidačima ove karakteristike su pomnožene sa dva. Mnogi milioni releja korišteni su u telefonskom sistemu SAD-a, a njihov broj se stalno povećavao kako su telefonske centrale automatizirane. Jedna telefonska veza mogla bi opsluživati od nekoliko do nekoliko stotina releja - u zavisnosti od broja i opreme uključenih telefonskih centrala.
Fabrike Western Electrica, proizvodnog ogranka Bell Corporation, proizvodile su ogroman asortiman releja. Inženjeri su napravili toliko modifikacija da bi najsofisticiraniji uzgajivači pasa ili ljubitelji golubova pozavidjeli na ovoj raznolikosti. Optimizirana je brzina rada i osjetljivost releja, smanjene su dimenzije. Godine 1921. Western Electric je proizveo skoro 5 miliona releja od stotinu osnovnih tipova. Najmasovniji je bio univerzalni relej tipa E, ravan, gotovo pravougaoni uređaj koji je težio nekoliko desetina grama. Uglavnom je napravljen od štancanih metalnih dijelova, odnosno bio je tehnološki napredan u proizvodnji. Kućište je štitilo kontakte od prašine i indukovanih struja iz susjednih uređaja: obično su releji bili montirani blizu jedan uz drugog, u stalke sa stotinama i hiljadama releja. Ukupno je razvijeno 3 tisuće varijanti tipa E, od kojih se svaka razlikovala po konfiguraciji namotaja i kontakta.
Ubrzo su se ovi releji počeli koristiti u najsloženijim prekidačima.
Koordinatni prekidač
Godine 1910. Gotthilf Betulander, inženjer u Royal Telegrafverket, državnoj korporaciji koja je kontrolisala većinu švedskog telefonskog tržišta (skoro sve decenijama), imao je ideju. Vjerovao je da bi mogao uvelike poboljšati efikasnost rada Telegrafverketa izgradnjom sistema automatske komutacije u potpunosti zasnovane na relejima. Tačnije, na relejnim matricama: rešetke od čeličnih šipki spojenih na telefonske linije, sa relejima na sjecištima šipki. Takav prekidač bi trebao biti brži, pouzdaniji i lakši za održavanje od sistema baziranih na kliznim ili rotirajućim kontaktima.
Štaviše, Bethulander je došao na ideju da je moguće odvojiti dijelove sistema odgovorne za odabir i povezivanje u nezavisna relejna kola. A ostatak sistema bi trebalo da se koristi samo za uspostavljanje govornog kanala, a zatim da se oslobodi da služi drugi poziv. Odnosno, Betulander je došao na ideju, koja je kasnije nazvana "zajednička kontrola" (common control).
Kolo koje pohranjuje broj dolaznog poziva nazvao je "rekorderom" (drugi termin je registar). A šemu koja pronalazi u mreži i "markira" dostupnu vezu, nazvao je "markerom". Autor je patentirao svoj sistem. Nekoliko takvih stanica pojavilo se u Stockholmu i Londonu. A 1918. Bethulander je saznao za američku inovaciju: prekidač za poprečnu šipku, koji je napravio Bell inženjer John Reynolds pet godina ranije. Ovaj prekidač je bio vrlo sličan dizajnu Betulandera, ali se koristio n+m relej za održavanje n+m matričnim čvorovima, što je bilo mnogo pogodnije za dalje širenje telefonskih centrala. Kada je veza uspostavljena, šipka za držanje je stegnula "prste" klavirskih žica, a traka za odabir se pomicala preko matrice da bi se spojila na drugi poziv. Sljedeće godine, Bethulander je ovu ideju uključio u svoj dizajn komutatora.
Ali većina inženjera smatrala je Bethulanderovu kreaciju čudnom i nepotrebno složenom. Kada je došlo vrijeme da se izabere komutacijski sistem za automatizaciju mreža najvećih švedskih gradova, Telegrafverket se odlučio za dizajn koji je razvio Ericsson. Bethulander prekidači su korišteni samo u malim telefonskim centralama u ruralnim područjima: releji su bili pouzdaniji od motorizirane automatizacije Ericssonovih prekidača i nisu zahtijevali tehničare za održavanje na svakoj centrali.
Međutim, američki telefonski inženjeri imali su drugačije mišljenje o ovom pitanju. Godine 1930. Bell Labs je stigao u Švedsku i bio "veoma impresioniran parametrima modula za prebacivanje koordinata". Po povratku, Amerikanci su odmah počeli raditi na onome što će postati poznato kao "koordinatni sistem broj 1", zamjenjujući prekidače na panelima u velikim gradovima. Do 1938. u Njujorku su instalirana dva takva sistema. Ubrzo su postali standardna oprema za gradske telefonske centrale, sve dok ih više od 30 godina kasnije nisu zamijenili elektronski prekidači.
Najzanimljivija komponenta prečke #1 bila je nova, složenija oznaka razvijena u Bellu. Namijenjeno je traženju slobodne rute od pozivatelja do pozvanog kroz nekoliko međusobno povezanih koordinatnih modula, zbog čega je stvorena telefonska veza. Također, token je morao testirati svaku vezu na stanje "slobodno" / "zauzeto". To je zahtijevalo primjenu uslovne logike. Kao što je napisao istoričar Robert Chapuis:
Izbor je proizvoljan jer se slobodna veza održava samo ako pruža pristup šini koja kao izlaz ima slobodnu vezu na sljedeći nivo. Ako nekoliko skupova veza zadovoljava željene uslove, tada "prioritetna logika" (preferencijalna logika) bira jednu od [postojećih] najmanjih veza...
Prečka je savršen primjer unakrsne oplodnje tehnoloških ideja. Betulander je kreirao svoj relejni prekidač, a zatim ga poboljšao Reynoldsovom matricom prekidača i dokazao da rezultujući dizajn radi. AT&T inženjeri su kasnije redizajnirali ovaj hibridni prekidač, poboljšali ga i kreirali koordinatni sistem broj 1. Ovaj sistem je tada postao komponenta dva rana računara, od kojih je jedan danas poznat kao prekretnica u istoriji računarstva.
Matematički proračuni (Matematički rad)
Da bismo razumjeli kako i zašto su releji i njihovi elektronski rođaci pomogli u revoluciji u računarstvu, potrebna nam je kratka digresija u svijet matematičkog računarstva. Nakon toga će postati jasno zašto postoji skrivena potražnja za optimizacijom računarskih procesa.
Početkom XNUMX. veka čitav sistem moderne nauke i inženjerstva bio je zasnovan na radu hiljada ljudi koji su vršili matematičke proračune. Pozvani su računari (računari)[Da bi se izbjegla zabuna, u daljem tekstu će se koristiti termin kalkulatori. - Bilješka. per.]. Još 1820-ih stvorio je Charles Babbage (iako je njegov aparat imao ideološke prethodnike). Njegov glavni zadatak je bio automatizacija konstrukcije matematičkih tablica, na primjer, za navigaciju (izračunavanje trigonometrijskih funkcija polinomskim aproksimacijama na 0 stepeni, 0,01 stepen, 0,02 stepena, itd.). Postojala je i velika potražnja za matematičkim proračunima u astronomiji: bilo je potrebno obraditi sirove rezultate teleskopa u fiksnim područjima nebeske sfere (i ovisnost o vremenu i datumu posmatranja) ili odrediti orbite novih objekata. (na primjer, Halejeva kometa).
Od vremena Babbagea, potreba za kompjuterima je eksponencijalno rasla. Elektroprivrede su morale razumjeti ponašanje sistema za prijenos energije s izuzetno složenim dinamičkim svojstvima. Topovi napravljeni od Bessemer čelika, sposobni da bacaju projektile preko horizonta (i stoga, zbog direktnog posmatranja cilja, više nisu nišani), zahtijevali su sve preciznije balističke tablice. Novi statistički alati koji su uključivali veliku količinu matematičkih proračuna (na primjer, metoda najmanjih kvadrata) su se sve više koristili kako u nauci tako iu rastućem državnom aparatu. Univerziteti, vladine službe i industrijske korporacije pokrenule su računarske odjele koji su obično zapošljavali žene.
Mehanički kalkulatori su samo olakšali zadatak računanja, ali ga nisu riješili. Kalkulatori su ubrzavali aritmetičke operacije, ali svaki složeni naučni ili inženjerski zadatak zahtijevao je stotine ili hiljade operacija, od kojih je svaku kalkulator (čovek) morao da izvede ručno, pažljivo beležeći sve međurezultate.
Nekoliko faktora doprinijelo je pojavi novih pristupa problemu matematičkih proračuna. Mladi naučnici i inženjeri, koji su noću bolno računali svoje zadatke, hteli su da odmore ruke i oči. Projekt menadžeri su bili primorani da izdvajaju sve više novca za plate brojnih kalkulatora, posebno nakon Prvog svjetskog rata. Konačno, mnoge napredne naučne i inženjerske probleme bilo je teško izračunati ručno. Svi ovi faktori doveli su do stvaranja serije kompjutera, na kojima je rad rađen pod vodstvom Vannevara Busha, inženjera elektrotehnike na Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Diferencijalni analizator
Do sada je istorija često bila bezlična, ali sada ćemo više govoriti o konkretnim ljudima. Glory je zaobišao kreatore prekidača na panelu, releja tipa E i kruga pouzdanog markera. O njima nisu sačuvane čak ni biografske anegdote. Jedini javno dostupni dokaz njihovog života su fosilizirani ostaci mašina koje su stvorili.
Sada možemo dublje razumjeti ljude i njihovu prošlost. Ali više nećemo sretati one koji su vredno radili na tavanima i radionicama kod kuće - Morse i Vail, Bell i Watson. Do kraja Prvog svetskog rata, era herojskih pronalazača je skoro završena. Thomas Edison se može smatrati tranzicionom figurom: na početku karijere bio je unajmljeni izumitelj, a pred kraj je postao vlasnik "tvornice izuma". Do tog vremena, razvoj najznačajnijih novih tehnologija postao je domen organizacija — univerziteta, korporativnih istraživačkih odjela, vladinih laboratorija. Ljudi o kojima ćemo govoriti u ovom dijelu su pripadali takvim organizacijama.
Na primjer, Vanivar Bush. Stigao je na MIT 1919. kada je imao 29 godina. Nešto više od 20 godina kasnije, bio je među ljudima koji su utjecali na učešće SAD-a u Drugom svjetskom ratu i pomogli u povećanju javnog finansiranja, što je zauvijek promijenilo odnos između vlade, akademske zajednice i razvoja nauke i tehnologije. Ali za potrebe ovog članka, zanima nas serija mašina koje su se razvijale u laboratoriji Bush od sredine 1920-ih i koje su bile namijenjene rješavanju problema matematičkih proračuna.
MIT, koji se nedavno preselio iz centra Bostona na Charles Riverfront u Kembridžu, bio je usko vezan za potrebe industrije. Sam Bush je, pored svog profesorskog mjesta, imao finansijske interese u nekoliko elektronskih preduzeća. Stoga ne bi trebalo da vas čudi što je problem koji je Busha i njegove studente naveo da rade na novom računarskom uređaju nastao u elektroenergetskoj industriji: simulirati ponašanje dalekovoda u uslovima vršnog opterećenja. Očigledno, ovo je bila samo jedna od mnogih mogućih primjena kompjutera: posvuda su vršeni zamorni matematički proračuni.
Bush i njegove kolege su prvo napravili dvije mašine, koje su nazvali integrafi proizvoda. Ali najpoznatija i najuspješnija MIT mašina bila je druga - diferencijalni analizatorzavršena 1931. Rješavao je probleme s prijenosom električne energije, izračunavao orbite elektrona, putanje kosmičkog zračenja u magnetskom polju Zemlje i još mnogo toga. Istraživači širom svijeta kojima je bila potrebna računarska snaga stvorili su desetine kopija i varijanti diferencijalnog analizatora 1930-ih. Neki - čak i iz Meccana (engleski analog američkih dječjih dizajnera marke ).
Diferencijalni analizator je analogni kompjuter. Matematičke funkcije su izračunate pomoću rotirajućih metalnih šipki, od kojih je brzina rotacije svake od njih odražavala neku kvantitativnu vrijednost. Motor je pokretao nezavisnu šipku - varijablu (obično je predstavljala vrijeme), koja je, zauzvrat, preko mehaničkih veza, rotirala druge šipke (različite diferencijalne varijable), a funkcija je izračunata na osnovu ulazne brzine rotacije. Rezultati proračuna su nacrtani na papiru u obliku krivulja. Najvažnije komponente su bili integratori – točkovi koji su se okretali sa diskovima. Integratori su mogli izračunati integral krive bez zamornih ručnih proračuna.
Diferencijalni analizator. Integralni modul - sa podignutim poklopcem, sa strane prozora nalaze se tabele sa rezultatima proračuna, au sredini - kompleks računarskih šipki
Nijedna komponenta analizatora nije sadržavala diskretne prekidačke releje ili digitalne prekidače bilo koje vrste. Zašto onda govorimo o ovom uređaju? Odgovor je četvrto porodični automobil.
Početkom 1930-ih, Bush je počeo da se udvara Rockefeller fondaciji da dobije sredstva za dalji razvoj analizatora. Warren Weaver, šef odjela za prirodne nauke fondacije, u početku nije bio uvjeren. Inženjering nije bila njegova oblast stručnosti. Međutim, Bush je hvalio neograničen potencijal svoje nove mašine za naučne primene – posebno u matematičkoj biologiji, Weaverovom omiljenom projektu. Bush je također obećao brojna poboljšanja analizatora, uključujući "mogućnost brzog prebacivanja analizatora s jednog problema na drugi, poput telefonske centrale". Godine 1936., njegovi napori su nagrađeni grantom od 85 dolara za izgradnju novog uređaja koji je kasnije nazvan Rockefeller diferencijalni analizator.
Kao praktičan kalkulator, ovaj analizator nije bio izvanredan napredak. Bush, koji je postao potpredsjednik MIT-a i dekan inženjerskog odjela, nije mogao posvetiti mnogo vremena vođenju razvoja. U stvari, ubrzo se i sam povukao, preuzimajući dužnost predsjednika Karnegijevog instituta u Washingtonu. Bush je osjetio približavanje rata i imao je nekoliko naučnih i industrijskih ideja koje bi mogle poslužiti potrebama oružanih snaga. Odnosno, želeo je da bude bliže centru moći, gde bi mogao efikasnije da utiče na rešavanje određenih pitanja.
Istovremeno, tehničke probleme koje je diktirao novi dizajn rješavalo je laboratorijsko osoblje, te su ubrzo počeli da se preusmjeravaju na rad na vojnim zadacima. Rokfelerova mašina je završena tek 1942. Vojska ga je smatrala korisnim za linijsku proizvodnju balističkih stolova za artiljeriju. Ali ubrzo je ovaj uređaj bio potpuno pomračen digitalni kompjuteri - predstavljaju brojeve ne kao fizičke veličine, već apstraktno, uz pomoć prekidača pozicija. Desilo se da je i sam Rockefeller analizator koristio dosta ovih prekidača, koji se sastoje od relejnih krugova.
Shannon
Godine 1936. Claude Shannon je imao samo 20 godina, ali je već diplomirao na Univerzitetu u Michigenu sa diplomom iz dva specijaliteta: elektrotehnike i matematike. Na MIT ga je doveo letak zakačen za oglasnu tablu. Vanivar Bush je tražio novog asistenta za rad na diferencijalnom analizatoru. Shannon se prijavila bez oklijevanja i ubrzo počela raditi na novim problemima, a tek nakon toga novi uređaj se počeo oblikovati.
Shannon uopće nije ličila na Busha. Nije bio ni biznismen, ni graditelj akademskog carstva, ni administrator. Cijelog života volio je igre, zagonetke i zabavu: šah, žongliranje, lavirinte, kriptograme. Kao i mnogi ljudi njegove ere, tokom rata, Shannon se posvetio ozbiljnom cilju: bio je na poziciji u Bell Labs-u na osnovu državnog ugovora, koji je štitio njegovo krhko tijelo od vojnog roka. Njegovo istraživanje o kontroli vatre i kriptografiji tokom ovog perioda dovelo je, zauzvrat, do temeljnog rada na teoriji informacija (nećemo to doticati). Tokom 1950-ih, kako su rat i njegove posljedice jenjavali, Shannon se vratio predavanju na MIT-u, trošeći svoje slobodno vrijeme na zabavu: kalkulator koji je radio isključivo s rimskim brojevima; mašina, kada se uključi, iz nje se pojavila mehanička ruka i isključila mašinu.
Struktura Rockefellerove mašine koju je Shannon naišla bila je logično ista kao i analizator iz 1931. godine, ali je izgrađena od potpuno različitih fizičkih komponenti. Bush je shvatio da šipke i mehanički zupčanici u starijim mašinama smanjuju njihovu efikasnost: da bi se izvršili proračuni, bilo je potrebno podesiti mašinu, za šta je vještim mehaničarima bilo potrebno mnogo sati rada.
Novi analizator je izgubio ovaj nedostatak. U srcu njegovog dizajna nije bio sto sa šipkama, već koordinatni prekidač - dodatni prototip koji je donirala Bell Labs. Umjesto prenosa snage sa centralnog vratila, svaki integralni modul je nezavisno pokretan elektromotorom. Za postavljanje stroja za rješavanje novog problema bilo je dovoljno samo konfigurirati releje u koordinatnoj matrici kako bi se integratori povezali u željenom redoslijedu. Čitač bušene trake (pozajmljen od drugog telekomunikacionog uređaja, teletip rolne) čitao je konfiguraciju mašine, a relejno kolo je pretvaralo signal sa trake u kontrolne signale za matricu – bilo je to kao uspostavljanje serije telefonskih poziva između integratori.
Nova mašina ne samo da je bila mnogo brža i lakša za postavljanje, već je radila i brže i preciznije od svog prethodnika. Mogla bi riješiti složenije probleme. Danas se ovaj kompjuter može smatrati primitivnim, čak i ekstravagantnim, ali tada se posmatračima činilo kao neka sjajna – ili možda užasna – inteligencija:
U stvari, to je matematički robot. Automat na električni pogon dizajniran ne samo da skine teret teškog računanja i analize s ljudskog mozga, već i da se baci na i riješi matematičke probleme izvan mentalnog rješenja.
Shannon se koncentrisao na pretvaranje podataka sa papirne trake u instrukcije za "mozak", a relejno kolo je bilo odgovorno za ovu operaciju. Skrenuo je pažnju na korespondenciju između strukture kola i matematičkih struktura Booleove algebre, koju je studirao na završnoj godini u Michiganu. Ovo je algebra čiji su operandi bili TAČNO i NETOČNO, i operateri I, ILI, NE itd. Algebra, koja odgovara logičkim iskazima.
Nakon što je ljeto 1937. proveo radeći u Bell Labs-u na Manhattanu (idealno mjesto za razmišljanje o relejnim kolima), Shannon je napisao svoj magistarski rad pod naslovom Simbolička analiza relejnih i sklopnih kola. Zajedno sa radom Alana Turinga, napisanim godinu dana ranije, Shanonova disertacija je formirala temelj nauke o računarskim mašinama.
Tokom 1940-ih i 1950-ih, Shannon je izgradio nekoliko računarskih/logičkih mašina: rimski računski kalkulator THROBAC, mašinu za završetak šaha i Tezej, labirint kojim upravlja elektromehanički miš (na slici)
Shannon je otkrio da se sistem propozicionih logičkih jednadžbi može direktno mehanički prevesti u fizičko kolo relejnih prekidača. Zaključio je: „U stvari, svaka operacija koja se može opisati u konačnom broju koraka pomoću riječi AKO, I, ILI itd., mogu se automatski izvesti pomoću releja. Na primjer, dva kontrolirana prekidačka releja povezana u seriju čine logički И: struja će teći kroz glavnu žicu samo kada su oba elektromagneta aktivirana za zatvaranje prekidača. Istovremeno, dva releja povezana su paralelno Or: struja teče kroz glavni krug, aktivirana jednim od elektromagneta. Izlaz takvog logičkog kola može zauzvrat pokretati elektromagnete drugih releja kako bi proizveli složenije logičke operacije kao što su (A И B) ili (C И G).
Shannon je svoju disertaciju zaključio dodatkom s nekoliko primjera sklopova stvorenih njegovom metodom. Budući da su operacije Bulove algebre vrlo slične aritmetičkim operacijama u binarnom sistemu (tj. korištenjem binarnih brojeva), pokazao je kako se relej može sklopiti u "električni sabirač u binarnosti" - to nazivamo binarnim sabiračem. Nekoliko mjeseci kasnije, jedan od naučnika iz Bell Labsa napravio je takvu zbrajalicu na kuhinjskom stolu.
Stibitz
George Stibitz, istraživač na odjelu matematike u sjedištu Bell Labsa na Menhetnu, donio je kući čudan set opreme jedne mračne novembarske večeri 1937. Suhe baterije, dvije male sijalice za hardverske štitove i nekoliko ravnih releja tipa U koji se nalaze u kanti za smeće. Dodavajući neke žice i nešto smeća, sastavio je uređaj koji je mogao sabrati dva jednoznamenkasta binarna broja (predstavljena prisustvom ili odsustvom ulaznog napona) i izneti dvocifreni broj pomoću sijalica: jedna - uključena, nula - isključena .
Binarni stiebits sabirač
Stiebitz, fizičar po obrazovanju, zamoljen je da procijeni fizička svojstva relejnih magneta. Ranije uopće nije imao iskustva s relejima, pa je počeo proučavajući njihovu upotrebu u Bell telefonskim krugovima. George je ubrzo primijetio sličnosti između nekih kola i aritmetičkih operacija s binarnim brojevima. Zaintrigiran, sakupio je svoj sporedni projekat na kuhinjskom stolu.
Isprva, Stiebitzovo relejno petljanje izazvalo je malo zanimanja među rukovodiocima Bell Labsa. Ali 1938. godine, šef istraživačke grupe pitao je Georgea da li se njegovi kalkulatori mogu koristiti za aritmetičke operacije nad kompleksnim brojevima (na primjer, a+bigde i je kvadratni korijen negativnog broja). Ispostavilo se da je nekoliko računarskih odjela u Bell Labs-u već stenjalo zbog činjenice da stalno moraju množiti i dijeliti takve brojeve. Množenje jednog kompleksnog broja zahtijevalo je četiri aritmetičke operacije na stolnom kalkulatoru, dijeljenje - 16 operacija. Stiebitz je rekao da može riješiti problem i dizajnirao je mašinu za takve proračune.
Konačni dizajn, oličen u metalu od strane telefonskog inženjera Samuela Williamsa, nazvan je Complex Number Computer - ili skraćeno Complex Computer - i počeo je da se proizvodi 1940. Za proračune je korišteno 450 releja, međurezultati su pohranjeni u deset koordinatnih prekidača. Podaci su uneseni i primljeni pomoću roll teletype. Odjeljenja Bell Labsa instalirala su tri ova teleprintera, što ukazuje na veliku potražnju za računarskom snagom. Releji, matrica, teletipovi - u svakom pogledu to je bio proizvod Bell sistema.
Najljepši sat Kompleksnog kompjutera otkucao je 11. septembra 1940. godine. Stiebitz je predstavio izvještaj o kompjuteru na sastanku Američkog matematičkog društva na Dartmouth koledžu. On je organizovao da se tamo instalira teletip mašina sa telegrafskom vezom sa Complex Computer na Menhetnu, udaljenom 400 kilometara. Oni koji su željeli mogli su da priđu do teletipske mašine, na tastaturi unesu uslove problema i vide kako za manje od jednog minuta teletip mašina magično ispisuje rezultat. Među onima koji su testirali novitet bili su Džon Mauchli (John Mauchly) i Džon fon Nojman (John von Neumann), od kojih će svaki imati važnu ulogu u nastavku naše priče.
Učesnici sastanka vidjeli su kratak pogled na svijet budućnosti. Kasnije su računari postali toliko skupi da im administratori više nisu mogli dozvoliti da sede besposleni dok se korisnik češka po bradi ispred upravljačke konzole, pitajući se šta sledeće da ukuca. Narednih 20 godina naučnici će razmišljati o tome kako da naprave računare opšte namene koji će uvek čekati da u njih unesete podatke, čak i dok radite na nečem drugom. A onda će proći još 20 godina dok ovaj interaktivni način računarstva ne postane red stvari.
Stiebits na interaktivnom terminalu Dartmouth 1960-ih. Dartmouth College je bio pionir u interaktivnom računarstvu. Stiebitz je postao profesor na koledžu 1964
Iznenađujuće je da, uprkos zadacima koje rešava, Complex Computer po savremenim standardima uopšte nije računar. Mogao bi obavljati aritmetiku složenih brojeva i vjerovatno druge slične zadatke, ali ne i one opšte namjene. Nije bilo programabilno. Nije mogao izvoditi operacije nasumično ili više puta. Bio je to kalkulator sposoban za određene proračune mnogo bolje od svojih prethodnika.
Sa izbijanjem Drugog svetskog rata, serija kompjutera pod nazivom Model II, Model III i Model IV stvorena je u Bellu pod vođstvom Stibitza (Complex Computer, respektivno, dobio je naziv Model I). Većina ih je izgrađena na zahtjev Nacionalnog odbora za istraživanje odbrane, a na njegovom čelu je bio niko drugi do Vanevar Bush. Stiebitz je poboljšao raspored mašina u smislu veće svestranosti funkcija i programabilnosti.
Na primjer, balistički kalkulator (kasnije Model III) razvijen je za potrebe protivvazdušnih sistema za upravljanje vatrom. Puštena je u rad 1944. godine u Fort Blissu u Teksasu. Uređaj je sadržavao 1400 releja i mogao je izvršiti program matematičkih operacija određenih nizom instrukcija na papirnoj traci sa petljom. Zasebno je dostavljena traka sa ulaznim podacima, posebno tabelarnim podacima. To je omogućilo brzo pronalaženje vrijednosti, na primjer, trigonometrijskih funkcija bez stvarnih proračuna. Bell inženjeri su razvili posebne lovačke krugove koji su skenirali traku naprijed/nazad i tražili adresu željene vrijednosti tablice, bez obzira na proračune. Stiebits je otkrio da je njegov kompjuter Model III, koji je danju i noću škljocao releje, zamijenio 25-40 kalkulatora.
Relejni stalci Bell Model III
Model V nije imao vremena da posjeti vojni rok. Postao je još svestraniji i moćniji. Ako se mjeri u smislu broja računara koje zamjenjuje, onda je bio oko deset puta bolji od modela III. Nekoliko računarskih modula sa 9 hiljada releja moglo je da prima ulazne podatke sa nekoliko stanica, gde su korisnici unosili uslove različitih zadataka. Svaka takva stanica imala je jedan čitač trake za unos podataka i pet za instrukcije. Ovo je omogućilo pozivanje različitih potprograma prilikom izračunavanja zadatka sa glavne trake. Glavni upravljački modul (u stvari, analog operativnog sistema) distribuirao je instrukcije računarskim modulima u zavisnosti od njihove dostupnosti, a programi su mogli da vrše uslovne skokove. To više nije bio samo kalkulator.
Godina čuda: 1937
1937. se može smatrati prekretnicom u istoriji kompjutera. Te godine, Shannon i Stiebitz su primijetili sličnosti između relejnih kola i matematičkih funkcija. Ovi nalazi su naveli Bell Labs da stvori seriju važnih digitalnih mašina. Bilo je nekako - ili čak zamjena - kada je skromni telefonski relej, ne mijenjajući svoj fizički oblik, postao oličenje apstraktne matematike i logike.
Iste godine u januarskom broju izdanja Proceedings of the London Mathematical Society objavio je članak britanskog matematičara Alana Turinga „O izračunljivim brojevima u odnosu na » (O izračunljivim brojevima, s primjenom na Entscheidungsproblem). Opisao je univerzalnu računarsku mašinu: autor je tvrdio da može da izvodi radnje logički ekvivalentne onima u ljudskim kalkulatorima. Turinga, koji je upisao postdiplomske studije na Univerzitetu Princeton prethodne godine, također su zaintrigirala relejna kola. I, kao i Bush, zabrinut je zbog rastuće prijetnje rata s Njemačkom. Stoga je preuzeo kriptografski projekat treće strane, binarni množitelj koji bi se mogao koristiti za šifriranje vojnih poruka. Turing ga je napravio od releja napravljenih u univerzitetskoj mašinskoj radionici.
Takođe 1937. godine, Howard Aiken je razmišljao o navodnom automatskom kompjuteru. Aiken, diplomirani student elektrotehnike na Harvardu, većinu svojih proračuna obavljao je samo s mehaničkim kalkulatorom i štampanim matematičkim tablicama. Predložio je dizajn koji bi se riješio ove rutine. Za razliku od postojećih računarskih uređaja, procese je morao obraditi automatski i ciklički, koristeći rezultate prethodnih proračuna kao ulaz za naredne.
U međuvremenu, u kompaniji Nippon Electric, inženjer telekomunikacija Akira Nakašima je od 1935. istraživao veze između relejnih kola i matematike. Konačno, 1938. godine, nezavisno je dokazao ekvivalentnost relejnih kola s Booleonom algebrom, koju je Shannon otkrio godinu dana ranije.
U Berlinu je Konrad Zuse, bivši inženjer aeronautike umoran od beskrajnih proračuna potrebnih na poslu, tražio sredstva za izradu drugog kompjutera. Nije bio u mogućnosti da svoj prvi mehanički uređaj, V1, natjera da pouzdano radi, pa je želio da napravi relejni računar, koji je razvio sa svojim prijateljem, inženjerom telekomunikacija Helmutom Schreyerom.
Univerzalnost telefonskih releja, zaključci o matematičkoj logici, želja bistrih umova da se riješe zapanjujućeg rada - sve se to ispreplelo i dovelo do pojave ideje o novom tipu logičke mašine.
zaboravljena generacija
Plodovi otkrića i razvoja iz 1937. morali su sazrijevati nekoliko godina. Rat se pokazao kao najmoćnije đubrivo, a njegovim dolaskom, relejni kompjuteri su se počeli pojavljivati svuda gde je postojala neophodna tehnička stručnost. Matematička logika je postala vinograd elektrotehnike. Pojavili su se novi oblici programabilnih računarskih mašina — prvi nacrt modernih računara.
Pored Stiebitz mašina, do 1944. SAD su se mogle pohvaliti Harvard Mark I/IBM automatskim kalkulatorom kontrolisanim sekvencama (ASCC), rezultatom Aikenovog predloga. Dvostruko ime nastalo je zbog pogoršanja odnosa između akademskog okruženja i industrije: svi su polagali pravo na uređaj. Mark I/ASCC koristio je upravljačka kola releja, ali glavni aritmetički modul je izgrađen na arhitekturi IBM-ovog mehaničkog kalkulatora. Mašina je kreirana za potrebe američkog Biroa za brodogradnju. Njegov nasljednik Mark II počeo je raditi 1948. godine na poligonu mornarice, a sve njegove operacije bile su bazirane isključivo na relejima - 13 releja.
Zuse je tokom rata napravio nekoliko relejnih kompjutera, koji su bili sve složeniji. Kulminacija je bio V4, koji je, kao i Bell Model V, uključivao postavke za pozivanje potprograma i izvođenje uslovnih skokova. Zbog nedostatka materijala u Japanu, nijedan od dizajna Nakashime i njegovih sunarodnika nije bio oličen u metalu sve dok se zemlja nije oporavila od rata. Tokom 1950-ih, novoformirano Ministarstvo spoljne trgovine i industrije finansiralo je stvaranje dve relejne mašine, od kojih je druga bila čudovište sa 20 releja. Fujitsu, koji je učestvovao u stvaranju, razvio je vlastite komercijalne proizvode.
Danas su ove mašine skoro potpuno zaboravljene. Samo jedno ime ostaje u memoriji - ENIAC (ENIAC). Razlog zaboravljanja nije vezan za njihovu složenost, ili mogućnosti, ili brzinu. Računska i logička svojstva releja koje su otkrili naučnici i istraživači primjenjuju se na bilo koju vrstu uređaja koji može djelovati kao prekidač. I dogodilo se da je još jedan sličan uređaj bio dostupan - elektronski prekidač koji bi mogao raditi stotine puta brže od releja.
Važnost Drugog svetskog rata u istoriji računarskih mašina već bi trebalo da bude očigledna. Najstrašniji rat bio je podsticaj za razvoj elektronskih mašina. Njegov početak je oslobodio resurse potrebne za prevazilaženje očiglednih nedostataka elektronskih prekidača. Dominacija elektromehaničkih računara bila je kratkog veka. Poput Titana, zbacila su ih njihova djeca. Kao i releji, elektronska komutacija je nastala iz potreba telekomunikacijske industrije. A da bismo saznali odakle je došao, moramo premotati našu istoriju u zoru radijskog doba.
izvor: www.habr.com