V našem popsal vzestup automatických telefonních ústředen, které byly řízeny reléovými obvody. Tentokrát chceme hovořit o tom, jak vědci a inženýři vyvinuli reléové obvody v první – dnes již zapomenuté – generaci digitálních počítačů.
Relé za zenitem
Pokud si pamatujete, činnost relé je založena na jednoduchém principu: elektromagnet ovládá kovový spínač. Myšlenka relé byla nezávisle navržena ve 1830. letech XNUMX. století několika přírodovědci a podnikateli v telegrafním podnikání. Poté, v polovině XNUMX. století, vynálezci a mechanici proměnili relé ve spolehlivou a nepostradatelnou součást telegrafních sítí. Právě v této oblasti dosáhla životnost relé svého zenitu: bylo miniaturizováno a generace inženýrů vytvořily nesčetné množství návrhů, formálně vyškolených v matematice a fyzice.
Na počátku 1870. století obsahovaly ten či onen typ relé nejen automatické přepínací systémy, ale téměř všechna zařízení telefonní sítě. Jedno z prvních použití v telefonii se datuje do XNUMX. let XNUMX. století, v manuálních spínačích. Když účastník otočil rukojetí telefonu (magneto rukojeť), byl vyslán signál do telefonní ústředny a zapnul mixér. Blenker je relé, které při spuštění na spínacím stole u telefonního operátora spadla kovová clona, která indikovala příchozí hovor. Poté paní operátorka zasunula zástrčku do konektoru, relé bylo resetováno, načež bylo možné opět zvednout klapku, kterou v této poloze držel elektromagnet.
Do roku 1924, napsali dva inženýři Bell, typická manuální telefonní ústředna obsluhovala asi 10 40 účastníků. Její zařízení obsahovalo 65-10 tisíc relé, jejichž celková magnetická síla byla „dostatečná ke zvednutí XNUMX tun“. U velkých telefonních ústředen se strojními ústřednami byly tyto charakteristiky násobeny dvěma. V celém americkém telefonním systému bylo použito mnoho milionů relé a jejich počet se neustále zvyšoval, jak byly telefonní ústředny automatizovány. Jedno telefonní spojení může obsluhovat několik až několik stovek relé - v závislosti na počtu a vybavení zúčastněných telefonních ústředen.
Továrny Western Electric, výrobní odnož Bell Corporation, vyráběly obrovskou škálu relé. Inženýři vytvořili tolik modifikací, že by ti nejnáročnější chovatelé psů nebo milovníci holubů tuto odrůdu záviděli. Byla optimalizována rychlost chodu a citlivost relé, zmenšeny rozměry. V roce 1921 vyrobila společnost Western Electric téměř 5 milionů relé sto základních typů. Nejmasivnější bylo univerzální relé typu E, ploché, téměř obdélníkové zařízení, které vážilo několik desítek gramů. Z velké části byl vyroben z lisovaných kovových dílů, to znamená, že byl technologicky vyspělý ve výrobě. Pouzdro chránilo kontakty před prachem a indukovanými proudy ze sousedních zařízení: obvykle byla relé namontována blízko sebe, ve stojanech se stovkami a tisíci relé. Celkem bylo vyvinuto 3 tisíce variant typu E, z nichž každá se lišila konfigurací vinutí a kontaktu.
Brzy se tato relé začala používat v nejsložitějších spínačích.
Souřadnicový spínač
V roce 1910 dostal Gotthilf Betulander, inženýr z Royal Telegrafverket, státní korporace, která ovládala většinu švédského telefonního trhu (téměř celý po desetiletí), nápad. Věřil, že by mohl výrazně zlepšit efektivitu operací Telegrafverket vybudováním automatických spínacích systémů zcela založených na relé. Přesněji řečeno, na reléových maticích: mřížích ocelových tyčí připojených k telefonním linkám, s relé na průsečíkech tyčí. Takový spínač by měl být rychlejší, spolehlivější a snadněji udržovatelný než systémy založené na posuvných nebo otočných kontaktech.
Navíc Bethulander přišel s myšlenkou, že je možné oddělit části systému odpovědné za výběr a připojení do nezávislých reléových obvodů. A zbytek systému by měl být použit pouze k vytvoření hlasového kanálu a poté by měl být uvolněn pro obsluhu dalšího hovoru. To znamená, že Betulander přišel s nápadem, který byl později nazýván „společná kontrola“ (společná kontrola).
Okruh, ve kterém je uloženo číslo příchozího hovoru, nazval „rekordér“ (další termín je registr). A schéma, které najde v mřížce a „označí“ dostupné spojení, nazval „značkou“. Autor si svůj systém patentoval. Několik takových stanic se objevilo ve Stockholmu a Londýně. A v roce 1918 se Bethulander dozvěděl o americké inovaci: příčném spínači, který před pěti lety vytvořil inženýr společnosti Bell John Reynolds. Tento přepínač byl velmi podobný designu Betulanderu, ale používal se n+m údržbové relé n+m maticových uzlů, což bylo pro další rozšiřování telefonních ústředen mnohem výhodnější. Když bylo navázáno spojení, přídržná lišta sevřela „prsty“ strun klavíru a lišta výběru se přesunula přes matrici, aby se spojila s dalším hovorem. Následující rok Bethulander začlenil tuto myšlenku do svého návrhu komutátoru.
Většina inženýrů ale považovala Bethulanderův výtvor za podivný a zbytečně komplikovaný. Když přišel čas na výběr přepínacího systému pro automatizaci sítí největších švédských měst, Telegrafverket se rozhodl pro návrh vyvinutý společností Ericsson. Přepínače Bethulander se používaly pouze v malých telefonních ústřednách ve venkovských oblastech: relé byla spolehlivější než motorizovaná automatizace přepínačů Ericsson a nevyžadovala servisní techniky na každé ústředně.
Američtí telefonní inženýři však měli na tuto věc jiný názor. V roce 1930 dorazily Bell Labs do Švédska a byly „velmi ohromeny parametry modulu pro přepínání souřadnic“. Po svém návratu začali Američané okamžitě pracovat na tom, co se stalo známým jako „souřadnicový systém č. 1“, který nahradil panelové spínače ve velkých městech. Do roku 1938 byly v New Yorku instalovány dva takové systémy. Brzy se staly standardním vybavením městských telefonních ústředen, až je o více než 30 let později nahradily elektronické spínače.
Nejzajímavějším prvkem příčníku č. 1 byl nový, složitější marker vyvinutý ve společnosti Bell. Bylo zamýšleno vyhledat volnou cestu od volajícího k volanému přes několik vzájemně propojených souřadnicových modulů, díky čemuž vzniklo telefonní spojení. Token také musel otestovat každé připojení na stav "volno" / "zaneprázdněno". To vyžadovalo použití podmíněné logiky. Jak napsal historik Robert Chapuis:
Volba je libovolná, protože volné připojení je drženo pouze tehdy, pokud poskytuje přístup ke kolejnici, která má jako výstup volné připojení k další úrovni. Pokud několik sad spojení splňuje požadované podmínky, pak „logika priority“ (preferenční logika) vybere jedno z [existujících] nejmenších spojení ...
Hrazda je dokonalým příkladem vzájemného obohacování technologických nápadů. Betulander vytvořil svůj celoreléový spínač, poté jej vylepšil o matici spínačů Reynolds a dokázal, že výsledný návrh funguje. Inženýři AT&T později tento hybridní přepínač přepracovali, vylepšili a vytvořili souřadnicový systém č. 1. Tento systém se pak stal součástí dvou raných počítačů, z nichž jeden je nyní znám jako milník v historii výpočetní techniky.
Matematické výpočty (Matematická práce)
Abychom pochopili, jak a proč relé a jejich elektronickí příbuzní pomohli revoluci ve výpočetní technice, potřebujeme krátkou odbočku do světa matematických počítačů. Po něm se ukáže, proč je zde skrytý požadavek na optimalizaci výpočetních procesů.
Na začátku XNUMX. století byl celý systém moderní vědy a techniky založen na práci tisíců lidí, kteří prováděli matematické výpočty. Byli povoláni počítače (počítače)[Aby se předešlo nejasnostem, bude dále používán tento termín kalkulačky. - Poznámka. za.]. Ve dvacátých letech 1820. století vytvořil Charles Babbage (i když jeho aparát měl ideové předchůdce). Jeho hlavním úkolem bylo zautomatizovat konstrukci matematických tabulek např. pro navigaci (výpočet goniometrických funkcí polynomickými aproximacemi při 0 stupních, 0,01 stupních, 0,02 stupních atd.). Velká poptávka po matematických výpočtech byla i v astronomii: bylo nutné zpracovat hrubé výsledky pozorování dalekohledem v pevných oblastech nebeské sféry (a závislost na čase a datu pozorování) nebo určit dráhy nových objektů. (například Halleyova kometa).
Od dob Babbage rostla potřeba počítačů exponenciálně. Elektrárenské společnosti potřebovaly porozumět chování systémů pro přenos energie s extrémně složitými dynamickými vlastnostmi. Děla z Bessemerovy oceli, schopná vrhat projektily přes horizont (a proto se kvůli přímému pozorování cíle již nemířila), vyžadovala stále přesnější balistické tabulky. Nové statistické nástroje, které zahrnovaly velké množství matematických výpočtů (například metoda nejmenších čtverců), byly stále více využívány jak ve vědě, tak v rostoucím státním aparátu. Univerzity, vládní úřady a průmyslové korporace vytvořily oddělení výpočetní techniky, která obvykle rekrutovala ženy.
Mechanické kalkulačky pouze usnadnily výpočetní úlohu, ale nevyřešily ji. Kalkulačky urychlovaly aritmetické operace, ale jakýkoli složitý vědecký nebo inženýrský úkol vyžadoval stovky nebo tisíce operací, z nichž každou musel kalkulačka (člověk) provést ručně a pečlivě zaznamenávat všechny mezivýsledky.
Ke vzniku nových přístupů k problému matematických výpočtů přispělo několik faktorů. Mladí vědci a inženýři, kteří v noci bolestně počítali své úkoly, si chtěli odpočinout ruce i oči. Projektoví manažeři byli zejména po první světové válce nuceni vyhazovat stále více peněz na platy četných kalkulaček. A konečně, mnoho pokročilých vědeckých a technických problémů bylo obtížné spočítat ručně. Všechny tyto faktory vedly k vytvoření řady počítačů, na kterých se pracovalo pod vedením Vannevara Bushe, elektrotechnika z Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Diferenciální analyzátor
Až do této chvíle byla historie často neosobní, ale nyní budeme hovořit více o konkrétních lidech. Glory obešla tvůrce přepínače panelu, relé typu E a základního značkovacího obvodu. Nedochovaly se o nich ani životopisné anekdoty. Jediným veřejně dostupným důkazem o jejich životě jsou zkamenělé zbytky strojů, které vytvořili.
Nyní můžeme hlouběji porozumět lidem a jejich minulosti. Ale už nepotkáme ty, kteří doma tvrdě pracovali na půdách a dílnách – Morse a Vaila, Bella a Watsona. Na konci první světové války byla éra hrdinských vynálezců téměř u konce. Thomase Edisona lze považovat za přechodnou postavu: na začátku své kariéry byl najatým vynálezcem a ke konci se stal majitelem „továrny na vynálezy“. V té době se vývoj nejpozoruhodnějších nových technologií stal doménou organizací – univerzit, firemních výzkumných oddělení, vládních laboratoří. Lidé, o kterých budeme hovořit v této části, patřili k takovým organizacím.
Například Vanivar Bush. Na MIT dorazil v roce 1919, když mu bylo 29 let. O něco málo přes 20 let později patřil k lidem, kteří ovlivnili zapojení USA do druhé světové války, a pomohl zvýšit veřejné financování, což navždy změnilo vztah mezi vládou, akademickou sférou a rozvojem vědy a techniky. Nás ale pro účely tohoto článku zajímá řada strojů, které byly vyvíjeny v Bushově laboratoři od poloviny 1920. let a byly určeny k řešení problému matematických výpočtů.
MIT, která se nedávno přestěhovala z centra Bostonu do Charles Riverfront v Cambridge, byla úzce svázána s potřebami průmyslu. Bush sám, kromě své profesury, měl finanční zájmy v několika elektronických obchodech. Nemělo by vás tedy překvapit, že problém, který přivedl Bushe a jeho studenty k práci na novém výpočetním zařízení, má svůj původ v energetice: simulovat chování přenosových vedení za podmínek špičkového zatížení. Je zřejmé, že to byla pouze jedna z mnoha možných aplikací počítačů: všude se prováděly nudné matematické výpočty.
Bush a jeho kolegové nejprve postavili dva stroje, které nazvali produktové integrace. Ale nejslavnější a nejúspěšnější stroj MIT byl jiný - diferenciální analyzátordokončena v roce 1931. Řešil problémy s přenosem elektřiny, počítal dráhy elektronů, trajektorie kosmického záření v magnetickém poli Země a mnoho dalšího. Výzkumníci z celého světa, kteří potřebovali výpočetní výkon, vytvořili ve 1930. letech XNUMX. století desítky kopií a variant diferenciálního analyzátoru. Někteří - dokonce i z Meccana (anglický analog amerických dětských návrhářů značky ).
Diferenciální analyzátor je analogový počítač. Matematické funkce byly vypočítány pomocí rotujících kovových tyčí, přičemž rychlost rotace každé z nich odrážela nějakou kvantitativní hodnotu. Motor poháněl nezávislou tyč - proměnnou (většinou představoval čas), která zase prostřednictvím mechanických spojení otáčela dalšími tyčemi (různé diferenciální veličiny) a byla vypočtena funkce na základě vstupní rychlosti otáčení. Výsledky výpočtu byly nakresleny na papír ve formě křivek. Nejdůležitějšími součástmi byly integrátory – kola, která se otáčela s disky. Integrátoři mohli vypočítat integrál křivky bez zdlouhavých ručních výpočtů.
Diferenciální analyzátor. Integrální modul - se zvýšeným víkem, ze strany okna jsou tabulky s výsledky výpočtů a uprostřed - komplex výpočetních tyčí
Žádná ze součástí analyzátoru neobsahovala diskrétní spínací relé nebo digitální spínače jakéhokoli druhu. Proč tedy mluvíme o tomto zařízení? Odpověď je Čtvrtý rodinné auto.
Na začátku třicátých let se Bush začal dvořit Rockefellerově nadaci, aby získal finanční prostředky na další vývoj analyzátoru. Warren Weaver, vedoucí oddělení přírodních věd nadace, nebyl zpočátku přesvědčen. Strojírenství nebylo jeho oborem. Bush však nabízel neomezený potenciál svého nového stroje pro vědecké aplikace – zejména v matematické biologii, Weaverově oblíbeném projektu. Bush také slíbil četná vylepšení analyzátoru, včetně "schopnosti rychle přepínat analyzátor z jednoho problému na druhý, jako je telefonní ústředna." V roce 1930 bylo jeho úsilí odměněno grantem 1936 85 $ na vybudování nového zařízení, které bylo později nazváno Rockefellerův diferenciální analyzátor.
Jako praktický kalkulátor nepředstavoval tento analyzátor žádný mimořádný průlom. Bush, který se stal viceprezidentem MIT a děkanem inženýrského oddělení, nemohl věnovat mnoho času vedení vývoje. Ve skutečnosti se brzy sám stáhl a ujal se funkce předsedy Carnegie Institution ve Washingtonu. Bush vycítil příchod války a měl několik vědeckých a průmyslových nápadů, které by mohly sloužit potřebám ozbrojených sil. To znamená, že chtěl být blíže centru moci, kde by mohl efektivněji ovlivňovat řešení některých otázek.
Technické problémy diktované novým designem přitom řešili pracovníci laboratoře a brzy je začali odklánět k práci na vojenských úkolech. Rockefellerův stroj byl dokončen teprve v roce 1942. Armáda to považovala za užitečné pro sériovou výrobu balistických stolů pro dělostřelectvo. Ale brzy bylo toto zařízení čistě zatemněno digitální počítače - reprezentující čísla ne jako fyzikální veličiny, ale abstraktně, pomocí poloh přepínačů. Náhodou se stalo, že samotný Rockefellerův analyzátor používal několik těchto spínačů, sestávajících z reléových obvodů.
Shannon
V roce 1936 bylo Claude Shannonovi pouhých 20 let, ale na Michiganské univerzitě už vystudoval bakalářský titul ve dvou specializacích: elektrotechnika a matematika. Na MIT ho přivedl leták připíchnutý na nástěnku. Vanivar Bush hledal nového asistenta pro práci na diferenciálním analyzátoru. Shannon bez váhání podal žádost a brzy začal pracovat na nových problémech a teprve poté se nové zařízení začalo formovat.
Shannon vůbec nevypadal jako Bush. Nebyl ani obchodník, ani akademický budovatel impéria, ani správce. Celý život miloval hry, hádanky a zábavu: šachy, žonglování, labyrinty, kryptogramy. Jako mnoho mužů jeho éry se Shannon během války věnoval vážné věci: zastával pozici v Bellových laboratořích na základě vládní zakázky, která chránila jeho křehké tělo před vojenským odvodem. Jeho výzkum v oblasti řízení palby a kryptografie během tohoto období vedl k zásadní práci v teorii informace (nebudeme se toho dotýkat). V 1950. letech, když válka a její následky odezněly, se Shannon vrátil k učení na MIT a svůj volný čas trávil zábavou: kalkulačkou, která pracovala výhradně s římskými číslicemi; stroj, po zapnutí se z něj objevilo mechanické rameno a stroj vypnulo.
Struktura Rockefellerova stroje, se kterým se Shannon setkal, byla logicky stejná jako u analyzátoru z roku 1931, ale byl postaven ze zcela jiných fyzických komponent. Bush si uvědomil, že táhla a mechanická ozubená kola u starších strojů snižují jejich účinnost: aby bylo možné provádět výpočty, bylo nutné stroj vyladit, což zabralo mnoho hodin práce zkušených mechaniků.
Nový analyzátor tento nedostatek ztratil. Srdcem jeho návrhu nebyl stůl s tyčemi, ale souřadnicový spínač – extra prototyp darovaný Bell Labs. Namísto přenosu energie z centrální hřídele byl každý integrální modul nezávisle poháněn elektromotorem. K nastavení stroje na řešení nového problému stačilo pouze nakonfigurovat relé v souřadnicové matici, aby se integrátory spojily v požadovaném pořadí. Čtečka děrné pásky (vypůjčená z jiného telekomunikačního zařízení, dálnopisná role) přečetla konfiguraci stroje a reléový obvod převedl signál z pásky na řídicí signály pro matici – bylo to jako nastavit sérii telefonních hovorů mezi integrátoři.
Nový stroj byl nejen mnohem rychlejší a jednodušší na nastavení, ale také rychlejší a přesnější než jeho předchůdce. Uměla řešit složitější problémy. Dnes může být tento počítač považován za primitivní, dokonce extravagantní, ale tehdy se pozorovatelům zdál jako nějaká skvělá – nebo možná hrozná – mysl při práci:
Ve skutečnosti je to matematický robot. Elektricky poháněný automat navržený nejen k tomu, aby z lidského mozku sebral zátěž těžkých výpočtů a analýz, ale aby se vrhl a řešil matematické problémy, které přesahují mentální řešení.
Shannon se soustředil na převod dat z papírové pásky na instrukce pro „mozek“ a za tuto operaci byl zodpovědný reléový obvod. Upozornil na shodu mezi strukturou obvodu a matematickými strukturami Booleovy algebry, kterou studoval v posledním ročníku v Michiganu. Toto je algebra, jejíž operandy byly PRAVDA a NEPRAVDA, a provozovatelé A NEBO NE atd. Algebra, odpovídající logickým výrokům.
Poté, co Shannon strávil léto 1937 prací v Bellových laboratořích na Manhattanu (ideální místo pro přemýšlení o reléových obvodech), napsal svou magisterskou práci s názvem Symbolická analýza reléových a spínacích obvodů. Spolu s prací Alana Turinga, napsanou o rok dříve, tvořila Shannonova disertační práce základ vědy o počítacích strojích.
Ve 1940. a 1950. letech XNUMX. století Shannon postavil několik výpočetních/logických strojů: římský kalkulátor THROBAC, koncový šachový automat a Theseus, bludiště poháněné elektromechanickou myší (na obrázku)
Shannon objevil, že systém výrokových logických rovnic lze přímo mechanicky převést do fyzického obvodu reléových spínačů. Došel k závěru: „Ve skutečnosti každá operace, kterou lze popsat v konečném počtu kroků pomocí slov POKUD, A, NEBO atd., mohou být automaticky prováděny relé. Například dvě řízená spínací relé zapojená do série tvoří logiku И: proud bude protékat hlavním vodičem pouze tehdy, když jsou oba elektromagnety aktivovány pro sepnutí spínačů. Současně jsou paralelně zapojena dvě relé OR: proud protéká hlavním obvodem, aktivovaný jedním z elektromagnetů. Výstup takového logického obvodu může zase řídit elektromagnety jiných relé, aby produkovaly složitější logické operace jako (A И B) nebo (C И G).
Shannon zakončil svou disertační práci přílohou s několika příklady obvodů vytvořených jeho metodou. Protože operace Booleovy algebry jsou velmi podobné operacím binární aritmetiky (tj. pomocí binárních čísel), ukázal, jak lze relé zabudovat do „elektrické sčítačky v binárním systému“ – nazýváme to binární sčítačka. O několik měsíců později udělal jeden z vědců Bell Labs takovou zmijovku na kuchyňském stole.
Stibitz
George Stibitz, výzkumník z matematického oddělení v ústředí Bell Labs na Manhattanu, přinesl domů podivnou sadu zařízení jednoho temného listopadového večera roku 1937. Suché bateriové články, dvě malé žárovky pro hardwarové štíty a pár plochých relé typu U nalezených v odpadkovém koši. Přidáním několika drátů a nějakého odpadu sestavil zařízení, které dokázalo sečíst dvě jednociferná binární čísla (reprezentovaná přítomností nebo nepřítomností vstupního napětí) a pomocí žárovek vydat dvoumístné číslo: jedna - svítí, nula - nesvítí. .
Binární Stiebitsova sčítačka
Stiebitz, vystudovaný fyzik, byl požádán, aby zhodnotil fyzikální vlastnosti reléových magnetů. Dříve neměl s relé vůbec žádné zkušenosti, a tak začal studiem jejich použití v Bellových telefonních obvodech. George si brzy všiml podobnosti mezi některými obvody a aritmetickými operacemi s binárními čísly. Zaujatě shromáždil svůj boční projekt na kuchyňském stole.
Stiebitzovo šťouchání nejprve vzbudilo mezi vedoucími pracovníky Bellových laboratoří malý zájem. Ale v roce 1938 se vedoucí výzkumné skupiny zeptal George, zda by jeho kalkulačky mohly být použity pro aritmetické operace s komplexními čísly (např. a+biKde i je druhá odmocnina záporného čísla). Ukázalo se, že několik počítačových oddělení v Bellových laboratořích již sténalo nad tím, že musí neustále násobit a dělit taková čísla. Násobení jednoho komplexního čísla vyžadovalo čtyři aritmetické operace na stolní kalkulačce, dělení - 16 operací. Stiebitz řekl, že dokáže problém vyřešit a navrhl stroj pro takové výpočty.
Konečný návrh, ztělesněný v kovu telefonním inženýrem Samuelem Williamsem, se jmenoval Complex Number Computer — nebo zkráceně Complex Computer — a začal se vyrábět v roce 1940. Pro výpočty bylo použito 450 relé, mezivýsledky byly uloženy v deseti souřadnicových přepínačích. Data byla zadávána a přijímána pomocí rolovacího dálnopisu. Oddělení Bell Labs nainstalovala tři z těchto dálnopisů, což ukazuje na velkou poptávku po výpočetním výkonu. Relé, matice, dálnopisy - ve všech směrech to byl produkt systému Bell.
Nejlepší hodina Complex Computer udeřila 11. září 1940. Stiebitz představil zprávu o počítači na setkání Americké matematické společnosti na Dartmouth College. Zařídil, aby tam byl instalován dálnopis s telegrafním spojením s Complex Computer na 400 kilometrů vzdáleném Manhattanu. Ti, kteří si přáli, mohli přistoupit k dálnopisu, zadat podmínky problému na klávesnici a vidět, jak za méně než minutu dálnopis magicky vytiskne výsledek. Mezi těmi, kteří novinku testovali, byli John Mauchly (John Mauchly) a John von Neumann (John von Neumann), z nichž každý sehraje důležitou roli v pokračování našeho příběhu.
Účastníci setkání viděli krátký pohled do budoucího světa. Později byly počítače tak drahé, že je administrátoři už nemohli nechat nečinně sedět, zatímco se uživatel škrábal na bradě před řídící konzolí a přemýšlel, co dál psát. Příštích 20 let budou vědci přemýšlet o tom, jak postavit počítače pro všeobecné použití, které budou vždy čekat, až do nich zadáte data, i když budete pracovat na něčem jiném. A pak uplyne dalších 20 let, než se tento interaktivní způsob počítání stane řádem věcí.
Stiebits na interaktivním terminálu Dartmouth v 1960. letech 1964. století. Dartmouth College byla průkopníkem v oblasti interaktivních počítačů. Stiebitz se stal vysokoškolským profesorem v roce XNUMX
Je překvapivé, že navzdory úkolům, které řeší, Complex Computer podle moderních standardů není vůbec počítačem. Mohlo by to provádět aritmetiku komplexních čísel a pravděpodobně další podobné úkoly, ale ne ty obecné. Nebylo to programovatelné. Nemohl provádět operace náhodně nebo opakovaně. Byla to kalkulačka schopná dělat určité výpočty mnohem lépe než její předchůdci.
S vypuknutím druhé světové války byla v Bell pod vedením Stibitze vytvořena řada počítačů s názvem Model II, Model III a Model IV (Complex Computer byl pojmenován Model I). Většina z nich byla postavena na žádost Národního obranného výzkumného výboru a v jeho čele nebyl nikdo jiný než Vanevar Bush. Stiebitz zlepšil uspořádání strojů z hlediska větší všestrannosti funkcí a programovatelnosti.
Pro potřeby protiletadlových systémů řízení palby byl vyvinut například Ballistic Calculator (později Model III). Byl uveden do provozu v roce 1944 ve Fort Bliss v Texasu. Zařízení obsahovalo 1400 relé a mohlo vykonávat program matematických operací určených sekvencí instrukcí na papírové pásce ve smyčce. Samostatně byla předložena páska se vstupními daty a zvlášť tabulková data. To umožnilo rychle najít hodnoty například goniometrických funkcí bez reálných výpočtů. Inženýři Bell vyvinuli speciální lovecké obvody, které snímaly pásku dopředu/dozadu a hledaly adresu požadované tabulkové hodnoty bez ohledu na výpočty. Stiebits zjistil, že jeho počítač Model III, cvakající relé ve dne i v noci, nahradil 25-40 kalkulaček.
Reléové stojany Bell Model III
Model V nestihl navštívit vojenskou službu. Stala se ještě všestrannější a výkonnější. Pokud se měří z hlediska počtu počítačů, které nahrazuje, pak byl asi desetkrát lepší než Model III. Několik výpočetních modulů s 9 tisíci relé mohlo přijímat vstupní data z několika stanic, kde uživatelé zadávali podmínky různých úloh. Každá taková stanice měla jednu čtečku pásek pro zadávání dat a pět pro instrukce. To umožnilo volat různé podprogramy při výpočtu úlohy z hlavní pásky. Hlavní řídicí modul (ve skutečnosti analog operačního systému) distribuoval instrukce do výpočetních modulů v závislosti na jejich dostupnosti a programy mohly provádět podmíněné skoky. Už to nebyla jen kalkulačka.
Rok zázraků: 1937
Rok 1937 lze považovat za přelomový rok v historii počítačů. Ten rok si Shannon a Stiebitz všimli podobnosti mezi reléovými obvody a matematickými funkcemi. Tato zjištění vedla Bell Labs k vytvoření řady důležitých digitálních strojů. Bylo to tak nějak - nebo dokonce nahrazení - kdy se skromné telefonní relé, aniž by změnilo svou fyzickou podobu, stalo ztělesněním abstraktní matematiky a logiky.
V témže roce v lednovém čísle publikace Proceedings of the London Mathematical Society publikoval článek britského matematika Alana Turinga „O vyčíslitelných číslech ve vztahu k » (O vyčíslitelných číslech, s aplikací k problému Entscheidungs). Popisoval univerzální počítačový stroj: autor tvrdil, že může provádět akce logicky ekvivalentní těm, které mají lidské kalkulačky. Turinga, který v předchozím roce nastoupil na postgraduální studium na Princetonské univerzitě, také zaujaly reléové obvody. A stejně jako Bush je znepokojen rostoucí hrozbou války s Německem. Ujal se tedy kryptografického projektu třetí strany, binárního multiplikátoru, který by mohl být použit k šifrování vojenských zpráv. Turing jej postavil z relé vyrobených v univerzitní strojírně.
Také v roce 1937 Howard Aiken přemýšlel o údajném automatickém počítači. Aiken, postgraduální student elektrotechniky na Harvardu, prováděl většinu svých výpočtů s ničím jiným než s mechanickou kalkulačkou a tištěnými matematickými tabulkovými sešity. Navrhl design, který by se této rutiny zbavil. Na rozdíl od stávajících výpočetních zařízení musel zpracovávat procesy automaticky a cyklicky, přičemž výsledky předchozích výpočtů využíval jako vstup pro další.
Mezitím v Nippon Electric Company telekomunikační inženýr Akira Nakashima od roku 1935 zkoumal spojení mezi reléovými obvody a matematikou. Nakonec v roce 1938 nezávisle prokázal ekvivalenci reléových obvodů s Booleovou algebrou, kterou Shannon objevil o rok dříve.
V Berlíně hledal Konrad Zuse, bývalý letecký inženýr unavený nekonečnými výpočty nutnými v práci, finanční prostředky na stavbu druhého počítače. Nebyl schopen zajistit, aby jeho první mechanické zařízení, V1, fungovalo spolehlivě, a tak chtěl vyrobit reléový počítač, který vyvinul se svým přítelem, telekomunikačním inženýrem Helmutem Schreyerem.
Univerzálnost telefonních relé, závěry o matematické logice, touha jasných myslí zbavit se omračující práce - to vše se propojilo a vedlo ke vzniku myšlenky nového typu logického stroje.
zapomenutá generace
Plody objevů a vývoje z roku 1937 musely dozrávat několik let. Válka se ukázala jako nejúčinnější hnojivo a s jejím příchodem se reléové počítače začaly objevovat všude tam, kde existovaly potřebné technické znalosti. Matematická logika se stala vinicí elektrotechniky. Vznikly nové formy programovatelných počítacích strojů — první návrh moderních počítačů.
Kromě strojů Stiebitz se v roce 1944 mohly USA pochlubit i Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), což je výsledek Aikenova návrhu. Dvojí jméno vzniklo kvůli zhoršení vztahů mezi akademickým prostředím a průmyslem: na zařízení si dělali nárok všichni. Mark I/ASCC používal reléové řídicí obvody, ale hlavní aritmetický modul byl postaven na architektuře mechanického kalkulátoru IBM. Stroj byl vytvořen pro potřeby US Bureau of Shipbuilding. Jeho nástupce Mark II začal pracovat v roce 1948 na zkušebním místě námořnictva a všechny jeho operace byly založeny pouze na relé - 13 XNUMX relé.
Zuse během války postavil několik přenosových počítačů, které byly stále složitější. Vrcholem byl V4, který stejně jako Bell Model V obsahoval nastavení pro volání podprogramů a provádění podmíněných skoků. Kvůli nedostatku materiálů v Japonsku nebyl žádný z návrhů Nakashimy a jeho krajanů ztělesněn v kovu, dokud se země nevzpamatovala z války. Nově vzniklé ministerstvo zahraničního obchodu a průmyslu v 1950. letech financovalo vytvoření dvou reléových strojů, z nichž druhý byl monstrum s 20 XNUMX relé. Společnost Fujitsu, která se na vzniku podílela, vyvinula vlastní komerční produkty.
Dnes jsou tyto stroje téměř úplně zapomenuty. V paměti zůstává pouze jedno jméno - ENIAC (ENIAC). Důvod zapomínání nesouvisí s jejich složitostí, možnostmi nebo rychlostí. Výpočtové a logické vlastnosti relé objevené vědci a výzkumníky platí pro jakýkoli druh zařízení, které může fungovat jako spínač. A stalo se, že bylo k dispozici další podobné zařízení - elektronický spínač, který by mohl fungovat stokrát rychleji než relé.
Význam druhé světové války v historii výpočetních strojů by měl být již zřejmý. Nejstrašnější válka byla impulsem pro vývoj elektronických strojů. Jeho vznik uvolnil prostředky potřebné k překonání zjevných nedostatků elektronických spínačů. Dominance elektromechanických počítačů byla krátkodobá. Stejně jako Titáni byli svrženi svými dětmi. Stejně jako relé, elektronické přepínání pocházelo z potřeb telekomunikačního průmyslu. A abychom zjistili, odkud pochází, musíme přetočit naši historii zpět k úsvitu rádiového věku.
Zdroj: www.habr.com