Yn ein disgrifio'r cynnydd mewn cyfnewidfeydd ffôn awtomatig, a oedd yn cael eu rheoli gan gylchedau cyfnewid. Y tro hwn rydym am siarad am sut y datblygodd gwyddonwyr a pheirianwyr gylchedau cyfnewid yn y genhedlaeth gyntaf - sydd bellach yn angof - o gyfrifiaduron digidol.
Cyfnewid ar ei anterth
Os cofiwch, mae gweithrediad ras gyfnewid yn seiliedig ar egwyddor syml: mae electromagnet yn gweithredu switsh metel. Cynigiwyd y syniad o'r ras gyfnewid yn annibynnol yn y 1830au gan sawl naturiaethwr ac entrepreneur yn y busnes telegraff. Yna, yng nghanol y XNUMXeg ganrif, trodd dyfeiswyr a mecanyddion y ras gyfnewid yn elfen ddibynadwy ac anhepgor o rwydweithiau telegraff. Yn y maes hwn y cyrhaeddodd bywyd y daith gyfnewid ei anterth: fe'i miniatureiddiwyd, a chreodd cenedlaethau o beirianwyr lu o ddyluniadau, wedi'u hyfforddi'n ffurfiol mewn mathemateg a ffiseg.
Ar ddechrau'r 1870fed ganrif, nid yn unig systemau newid awtomatig, ond roedd bron pob offer rhwydwaith ffôn yn cynnwys un math neu fath o ras gyfnewid. Mae un o'r defnyddiau cynharaf mewn teleffoni yn dyddio'n ôl i'r XNUMXau, mewn switshis â llaw. Pan drodd y tanysgrifiwr handlen y ffôn (handlen magneto), anfonwyd signal i'r gyfnewidfa ffôn, gan droi'r cymysgydd ymlaen. Mae Blenker yn ras gyfnewid a oedd, pan gafodd ei sbarduno, ar y bwrdd switsio yn y gweithredwr ffôn, wedi disgyn caead metel, a oedd yn dynodi galwad yn dod i mewn. Yna mewnosododd y gweithredwr wraig y plwg yn y cysylltydd, ailosodwyd y ras gyfnewid, ac ar ôl hynny roedd yn bosibl codi'r mwy llaith eto, a gynhaliwyd yn y sefyllfa hon gan electromagnet.
Erbyn 1924, ysgrifennodd dau beiriannydd Bell, roedd cyfnewidfa ffôn â llaw nodweddiadol yn gwasanaethu tua 10 o danysgrifwyr. Roedd ei hoffer yn cynnwys 40-65 o gyfnewidfeydd, y mae eu cyfanswm grym magnetig yn "ddigonol i godi 10 tunnell." Mewn cyfnewidfeydd ffôn mawr gyda switshis peiriant, lluoswyd y nodweddion hyn â dau. Defnyddiwyd miliynau lawer o drosglwyddiadau cyfnewid ledled system ffôn yr UD, a chynyddodd eu nifer yn raddol wrth i gyfnewidfeydd ffôn gael eu hawtomeiddio. Gallai un cysylltiad ffôn wasanaethu o ychydig i gannoedd o gyfnewidfeydd - yn dibynnu ar nifer ac offer y cyfnewidfeydd ffôn dan sylw.
Cynhyrchodd ffatrïoedd Western Electric, cangen weithgynhyrchu Bell Corporation, amrywiaeth enfawr o gyfnewidfeydd. Mae peirianwyr wedi creu cymaint o addasiadau y byddai'r bridwyr cŵn mwyaf soffistigedig neu'r rhai sy'n caru colomennod yn eiddigeddus o'r amrywiaeth hon. Optimeiddiwyd cyflymder gweithredu a sensitifrwydd y ras gyfnewid, gostyngwyd y dimensiynau. Ym 1921, cynhyrchodd Western Electric bron i 5 miliwn o gyfnewidfeydd o gant o fathau sylfaenol. Y mwyaf enfawr oedd y ras gyfnewid gyffredinol Math E, dyfais fflat, bron yn hirsgwar a oedd yn pwyso sawl degau o gram. Ar y cyfan, fe'i gwnaed o rannau metel wedi'u stampio, hynny yw, roedd yn ddatblygedig yn dechnolegol mewn cynhyrchu. Roedd yr achos yn amddiffyn y cysylltiadau rhag llwch a cherhyntau ysgogedig o ddyfeisiau cyfagos: fel arfer roedd y trosglwyddydd cyfnewid yn cael eu gosod yn agos at ei gilydd, mewn raciau gyda channoedd a miloedd o rasys cyfnewid. Yn gyfan gwbl, datblygwyd 3 mil o amrywiadau Math E, pob un ohonynt yn wahanol o ran ffurfweddiadau troellog a chyswllt.
Yn fuan, dechreuwyd defnyddio'r cyfnewidfeydd hyn yn y switshis mwyaf cymhleth.
Cydlynu switsh
Ym 1910, roedd gan Gotthilf Betulander, peiriannydd yn y Royal Telegrafverket, y gorfforaeth dan berchnogaeth y wladwriaeth a oedd yn rheoli'r rhan fwyaf o farchnad ffôn Sweden (bron i gyd ers degawdau), syniad. Credai y gallai wella effeithlonrwydd gweithrediadau'r Telegrafverket yn fawr trwy adeiladu systemau switsio awtomatig yn gyfan gwbl yn seiliedig ar releiau. Yn fwy manwl gywir, ar fatricsau cyfnewid: delltau o fariau dur wedi'u cysylltu â llinellau ffôn, gyda chyfnewidfeydd ar groesffyrdd y bariau. Dylai switsh o'r fath fod yn gyflymach, yn fwy dibynadwy ac yn haws i'w gynnal na systemau sy'n seiliedig ar gysylltiadau llithro neu gylchdroi.
Ar ben hynny, meddyliodd Bethulander ei bod yn bosibl gwahanu'r rhannau o'r system sy'n gyfrifol am ddethol a chysylltu i gylchedau cyfnewid annibynnol. A dim ond i sefydlu sianel lais y dylid defnyddio gweddill y system, ac yna ei rhyddhau i wasanaethu galwad arall. Hynny yw, daeth Betulander i'r syniad, a gafodd ei alw'n ddiweddarach yn "rheolaeth gyffredin" (rheolaeth gyffredin).
Galwodd y gylched sy'n storio nifer y galwad sy'n dod i mewn "recorder" (term arall yw cofrestr). Ac mae'r cynllun sy'n canfod yn y grid a "marcio" y cysylltiad sydd ar gael, galwodd y "marciwr". Mae'r awdur wedi patentio ei system. Ymddangosodd nifer o orsafoedd o'r fath yn Stockholm a Llundain. Ac ym 1918, dysgodd Bethulander am arloesi Americanaidd: y switsh croesfar, a grëwyd gan y peiriannydd Bell John Reynolds bum mlynedd ynghynt. Roedd y switsh hwn yn debyg iawn i ddyluniad Betulander, ond fe'i defnyddiwyd n+m ras gyfnewid cynnal a chadw n+m nodau matrics, a oedd yn llawer mwy cyfleus ar gyfer ehangu cyfnewidfeydd ffôn ymhellach. Pan sefydlwyd cysylltiad, roedd y bar dal yn clampio "bysedd" y llinynnau piano, a symudodd y bar dethol ar draws y matrics i gysylltu â galwad arall. Y flwyddyn ganlynol, ymgorfforodd Bethulander y syniad hwn yn ei ddyluniad cymudwr.
Ond roedd y rhan fwyaf o beirianwyr yn ystyried creu Bethulander yn rhyfedd ac yn ddiangen o gymhleth. Pan ddaeth yn amser dewis system newid i awtomeiddio rhwydweithiau dinasoedd mwyaf Sweden, dewisodd Telegrafverket ddyluniad a ddatblygwyd gan Ericsson. Dim ond mewn cyfnewidfeydd ffôn bach mewn ardaloedd gwledig y defnyddiwyd switshis Bethulander: roedd y cyfnewidfeydd yn fwy dibynadwy nag awtomeiddio modurol switshis Ericsson ac nid oedd angen technegwyr cynnal a chadw ym mhob cyfnewidfa.
Fodd bynnag, roedd gan beirianwyr ffôn Americanaidd farn wahanol ar y mater hwn. Ym 1930, cyrhaeddodd Bell Labs Sweden ac roedd "paramedrau'r modiwl newid cydlynu wedi creu argraff fawr arnynt." Ar ôl iddynt ddychwelyd, dechreuodd yr Americanwyr weithio ar unwaith ar yr hyn a fyddai'n cael ei alw'n "system gydlynu Rhif 1," gan ddisodli switshis panel mewn dinasoedd mawr. Erbyn 1938, gosodwyd dwy system o'r fath yn Efrog Newydd. Yn fuan daethant yn offer safonol ar gyfer cyfnewidfeydd ffôn dinasoedd, tan dros 30 mlynedd yn ddiweddarach cawsant eu disodli gan switshis electronig.
Elfen fwyaf diddorol croesfar #1 oedd y marciwr newydd, mwy cymhleth a ddatblygwyd yn Bell. Y bwriad oedd chwilio am lwybr rhad ac am ddim o'r galwr i'r un a alwyd trwy nifer o fodiwlau cydlynu sy'n gysylltiedig â'i gilydd, ac oherwydd hynny crëwyd cysylltiad ffôn. Hefyd, roedd yn rhaid i'r tocyn brofi pob cysylltiad ar gyfer cyflwr "rhydd" / "prysur". Roedd hyn yn gofyn am gymhwyso rhesymeg amodol. Fel yr ysgrifennodd yr hanesydd Robert Chapuis:
Mae'r dewis yn fympwyol oherwydd dim ond os yw'n darparu mynediad i reilffordd sydd â chysylltiad am ddim i'r lefel nesaf fel ei allbwn y cynhelir cysylltiad am ddim. Os yw sawl set o gysylltiadau yn bodloni'r amodau dymunol, yna mae'r "rhesymeg blaenoriaeth" (rhesymeg ffafriol) yn dewis un o'r cysylltiadau lleiaf [presennol] ...
Mae'r croesfar yn enghraifft berffaith o groesffrwythloni syniadau technolegol. Creodd Betulander ei switsh cyfnewid i gyd, yna ei wella gyda matrics switsh Reynolds a phrofodd y dyluniad canlyniadol i weithio. Yn ddiweddarach, ailgynlluniodd peirianwyr AT&T y switsh hybrid hwn, ei wella, a chreu system gydgysylltu Rhif 1. Daeth y system hon wedyn yn rhan o ddau gyfrifiadur cynnar, y mae un ohonynt bellach yn cael ei hadnabod fel carreg filltir yn hanes cyfrifiadura.
Cyfrifiadau mathemategol (llafur mathemategol)
Er mwyn deall sut a pham y gwnaeth releiau a’u cefndryd electronig helpu i chwyldroi cyfrifiadureg, mae angen gwyriad byr i fyd cyfrifiadura mathemategol. Ar ôl hynny, daw'n amlwg pam mae galw cudd am optimeiddio prosesau cyfrifiadurol.
Erbyn dechrau'r XNUMXfed ganrif, roedd y system gyfan o wyddoniaeth a pheirianneg fodern yn seiliedig ar waith miloedd o bobl a gyflawnodd gyfrifiadau mathemategol. Cawsant eu galw cyfrifiaduron (cyfrifiaduron)[Er mwyn osgoi dryswch, o hyn ymlaen defnyddir y term cyfrifianellau. - Nodyn. per.]. Yn ôl yn y 1820au, creodd Charles Babbage (er bod gan ei gyfarpar ragflaenwyr ideolegol). Ei brif dasg oedd awtomeiddio'r gwaith o adeiladu tablau mathemategol, er enghraifft, ar gyfer llywio (cyfrifo swyddogaethau trigonometrig trwy frasamcanion polynomaidd ar 0 gradd, 0,01 gradd, 0,02 gradd, ac ati). Roedd galw mawr hefyd am gyfrifiadau mathemategol mewn seryddiaeth: roedd angen prosesu canlyniadau crai arsylwadau telesgop mewn rhanbarthau sefydlog o'r sffêr nefol (a'r ddibyniaeth ar amser a dyddiad arsylwadau) neu i bennu orbitau gwrthrychau newydd (er enghraifft, comet Halley).
Ers amser Babbage, mae'r angen am gyfrifiaduron wedi cynyddu'n gynt. Roedd angen i gwmnïau trydan ddeall ymddygiad systemau trawsyrru pŵer sydd â phriodweddau deinamig hynod gymhleth. Roedd canonau wedi'u gwneud o ddur Bessemer, a oedd yn gallu taflu taflegrau dros y gorwel (ac felly, oherwydd arsylwi'r targed yn uniongyrchol, nid oeddent bellach wedi'u hanelu), angen tablau balistig cynyddol gywir. Defnyddiwyd offer ystadegol newydd a oedd yn cynnwys llawer iawn o gyfrifiadau mathemategol (er enghraifft, dull y sgwariau lleiaf) yn gynyddol mewn gwyddoniaeth ac yn y cyfarpar cyflwr cynyddol. Daeth prifysgolion, swyddfeydd y llywodraeth, a chorfforaethau diwydiannol i fyny adrannau cyfrifiadura a oedd fel arfer yn recriwtio menywod.
Roedd cyfrifianellau mecanyddol yn hwyluso'r dasg o gyfrifiadura yn unig, ond ni wnaethant ei datrys. Roedd cyfrifianellau yn cyflymu gweithrediadau rhifyddeg, ond roedd angen cannoedd neu filoedd o weithrediadau ar gyfer unrhyw dasg wyddonol neu beirianyddol gymhleth, ac roedd yn rhaid i'r cyfrifiannell (dynol) berfformio â llaw, gan gofnodi'r holl ganlyniadau canolradd yn ofalus.
Cyfrannodd sawl ffactor at ymddangosiad dulliau newydd o ymdrin â phroblem cyfrifiadau mathemategol. Roedd gwyddonwyr a pheirianwyr ifanc, a oedd yn cyfrifo eu tasgau yn boenus yn y nos, eisiau gorffwys eu dwylo a'u llygaid. Gorfodwyd rheolwyr prosiect i gragen allan mwy a mwy o arian ar gyfer cyflogau nifer o gyfrifianellau, yn enwedig ar ôl y Rhyfel Byd Cyntaf. Yn olaf, roedd llawer o broblemau gwyddonol a pheirianneg datblygedig yn anodd eu cyfrifo â llaw. Arweiniodd yr holl ffactorau hyn at greu cyfres o gyfrifiaduron, y gwnaed gwaith arnynt o dan gyfarwyddyd Vannevar Bush, peiriannydd trydanol yn Sefydliad Technoleg Massachusetts (MIT).
Dadansoddwr Gwahaniaethol
Hyd at y pwynt hwn, mae hanes yn aml wedi bod yn amhersonol, ond nawr byddwn yn siarad mwy am bobl benodol. Llwyddodd Glory i osgoi crewyr y switsh panel, y ras gyfnewid Math E a'r gylched marciwr ariannol. Nid oes hyd yn oed hanesion bywgraffyddol wedi'u cadw amdanynt. Yr unig dystiolaeth sydd ar gael yn gyhoeddus o'u bywyd yw gweddillion ffosiledig y peiriannau a grëwyd ganddynt.
Nawr gallwn gael dealltwriaeth ddyfnach o bobl a'u gorffennol. Ond ni fyddwn bellach yn cwrdd â'r rhai a weithiodd yn galed yn yr atig a'r gweithdai gartref - Morse a Vail, Bell a Watson. Erbyn diwedd y Rhyfel Byd Cyntaf, roedd cyfnod y dyfeiswyr arwrol bron ar ben. Gellir ystyried Thomas Edison yn ffigwr trosiannol: ar ddechrau ei yrfa roedd yn ddyfeisiwr cyflogedig, a thua'r diwedd daeth yn berchennog "ffatri dyfeisio". Erbyn hynny, roedd datblygiad y technolegau newydd mwyaf nodedig wedi dod yn faes i sefydliadau - prifysgolion, adrannau ymchwil corfforaethol, labordai'r llywodraeth. Roedd y bobl y byddwn yn siarad amdanynt yn yr adran hon yn perthyn i sefydliadau o'r fath.
Er enghraifft, Vanivar Bush. Cyrhaeddodd MIT ym 1919 pan oedd yn 29 oed. Ychydig dros 20 mlynedd yn ddiweddarach, roedd ymhlith y bobl a ddylanwadodd ar gyfranogiad yr Unol Daleithiau yn yr Ail Ryfel Byd, a helpu i gynyddu cyllid cyhoeddus, a newidiodd am byth y berthynas rhwng y llywodraeth, y byd academaidd, a datblygiad gwyddoniaeth a thechnoleg. Ond at ddibenion yr erthygl hon, mae gennym ddiddordeb mewn cyfres o beiriannau sydd wedi'u datblygu yn labordy Bush ers canol y 1920au ac a fwriadwyd i ddatrys problem cyfrifiadau mathemategol.
Roedd MIT, a oedd wedi symud yn ddiweddar o ganol Boston i Glan yr Afon Charles yng Nghaergrawnt, yn gysylltiedig yn agos ag anghenion y diwydiant. Roedd gan Bush ei hun, yn ogystal â'i athro, fuddiannau ariannol mewn sawl busnes electroneg. Felly ni ddylai eich synnu bod y broblem a arweiniodd Bush a'i fyfyrwyr i weithio ar y ddyfais gyfrifiadurol newydd yn tarddu o'r diwydiant pŵer: i efelychu ymddygiad llinellau trawsyrru o dan amodau llwyth brig. Yn amlwg, dim ond un o'r nifer o gymwysiadau posibl o gyfrifiaduron oedd hwn: gwnaed cyfrifiadau mathemategol diflas ym mhobman.
Adeiladodd Bush a'i gydweithwyr ddau beiriant yn gyntaf, y gwnaethant eu galw'n rynggraffau cynnyrch. Ond y peiriant MIT mwyaf enwog a llwyddiannus oedd un arall - dadansoddwr gwahaniaetholcwblhawyd yn 1931. Datrysodd broblemau gyda throsglwyddo trydan, cyfrifo orbitau electronau, taflwybrau ymbelydredd cosmig ym maes magnetig y Ddaear, a llawer mwy. Creodd ymchwilwyr ledled y byd a oedd angen pŵer cyfrifiadurol ddwsinau o gopïau ac amrywiadau o'r dadansoddwr gwahaniaethol yn y 1930au. Rhai - hyd yn oed o Meccano (analog Saesneg o ddylunwyr plant Americanaidd y brand ).
Mae'r dadansoddwr gwahaniaethol yn gyfrifiadur analog. Cyfrifwyd swyddogaethau mathemategol gan ddefnyddio rhodenni metel cylchdroi, ac roedd cyflymder cylchdroi pob un ohonynt yn adlewyrchu rhywfaint o werth meintiol. Roedd y modur yn actio gwialen annibynnol - newidyn (fel arfer roedd yn cynrychioli amser), sydd, yn ei dro, trwy gysylltiadau mecanyddol, yn cylchdroi gwiail eraill (newidynnau gwahaniaethol gwahanol), a chyfrifwyd swyddogaeth yn seiliedig ar gyflymder mewnbwn cylchdro. Tynnwyd canlyniadau'r cyfrifiad ar bapur ar ffurf cromliniau. Y cydrannau pwysicaf oedd integreiddwyr - olwynion a oedd yn cylchdroi â disgiau. Gallai integreiddwyr gyfrifo integryn cromlin heb gyfrifiadau llaw diflas.
Dadansoddwr gwahaniaethol. Modiwl annatod - gyda chaead wedi'i godi, o ochr y ffenestr mae tablau gyda chanlyniadau cyfrifiadau, ac yn y canol - cymhleth o wiail cyfrifiadurol
Nid oedd unrhyw un o gydrannau'r dadansoddwr yn cynnwys trosglwyddyddion switsio arwahanol na switshis digidol o unrhyw fath. Felly pam rydyn ni'n siarad am y ddyfais hon? Yr ateb yw pedwerydd car teulu.
Yn gynnar yn y 1930au, dechreuodd Bush garu Sefydliad Rockefeller i gael cyllid i ddatblygu'r dadansoddwr ymhellach. Nid oedd Warren Weaver, pennaeth adran gwyddorau naturiol y sefydliad, wedi'i argyhoeddi i ddechrau. Nid peirianneg oedd ei faes arbenigedd. Fodd bynnag, cyfeiriodd Bush at botensial di-ben-draw ei beiriant newydd ar gyfer cymwysiadau gwyddonol - yn enwedig mewn bioleg fathemategol, hoff brosiect Weaver. Addawodd Bush hefyd nifer o welliannau i'r dadansoddwr, gan gynnwys "y gallu i newid y dadansoddwr yn gyflym o un broblem i'r llall, fel switsfwrdd ffôn." Ym 1936, gwobrwywyd ei ymdrechion gyda grant $85 i adeiladu dyfais newydd a elwid yn ddiweddarach yn Ddadansoddwr Gwahaniaethol Rockefeller.
Fel cyfrifiannell ymarferol, nid oedd y dadansoddwr hwn yn ddatblygiad rhagorol. Ni allai Bush, a ddaeth yn is-lywydd MIT a deon yr adran beirianneg, neilltuo llawer o amser i arwain datblygiad. Yn wir, ymneilltuodd yn fuan, gan ymgymeryd â dyletswyddau cadeirydd Sefydliad Carnegie yn Washington. Roedd Bush yn synhwyro agwedd rhyfel, ac roedd ganddo sawl syniad gwyddonol a diwydiannol a allai wasanaethu anghenion y lluoedd arfog. Hynny yw, roedd am fod yn agosach at ganol pŵer, lle gallai ddylanwadu'n fwy effeithiol ar ddatrys problemau penodol.
Ar yr un pryd, datryswyd y problemau technegol a bennwyd gan y dyluniad newydd gan staff y labordy, ac yn fuan dechreuwyd eu dargyfeirio i weithio ar dasgau milwrol. Dim ond ym 1942 y cwblhawyd peiriant Rockefeller. Roedd y fyddin yn ei chael hi'n ddefnyddiol ar gyfer cynhyrchu tablau balistig ar gyfer magnelau mewn llinell. Ond yn fuan cafodd y ddyfais hon ei chloi'n llwyr digidol cyfrifiaduron - cynrychioli rhifau nid fel meintiau ffisegol, ond yn haniaethol, gyda chymorth safleoedd switsh. Yn union fel y digwyddodd bod dadansoddwr Rockefeller ei hun wedi defnyddio cryn dipyn o'r switshis hyn, yn cynnwys cylchedau cyfnewid.
Shannon
Ym 1936, dim ond 20 oed oedd Claude Shannon, ond roedd eisoes wedi graddio o Brifysgol Michigan gyda gradd baglor mewn dau arbenigedd: peirianneg drydanol a mathemateg. Daethpwyd ag ef i MIT gan daflen wedi'i phinio i fwrdd bwletin. Roedd Vanivar Bush yn chwilio am gynorthwyydd newydd i weithio ar ddadansoddwr gwahaniaethol. Gwnaeth Shannon gais heb betruso ac yn fuan dechreuodd weithio ar broblemau newydd, a dim ond ar ôl hynny y dechreuodd y ddyfais newydd ddod yn siâp.
Doedd Shannon ddim yn edrych fel Bush o gwbl. Nid oedd yn ddyn busnes, nac yn adeiladwr ymerodraeth academaidd, nac yn weinyddwr. Ar hyd ei oes roedd wrth ei fodd â gemau, posau ac adloniant: gwyddbwyll, jyglo, labyrinths, criptogramau. Fel llawer o ddynion ei oes, yn ystod y rhyfel, ymroddodd Shannon i achos difrifol: daliodd swydd yn Bell Labs ar gontract llywodraeth, a oedd yn amddiffyn ei gorff bregus rhag y drafft milwrol. Arweiniodd ei ymchwil ar reoli tân a cryptograffeg yn ystod y cyfnod hwn, yn ei dro, at waith arloesol ar ddamcaniaeth gwybodaeth (ni fyddwn yn cyffwrdd â hynny). Yn y 1950au, wrth i'r rhyfel a'i ganlyniadau gilio, dychwelodd Shannon i ddysgu yn MIT, gan dreulio ei amser rhydd ar adloniant: cyfrifiannell a oedd yn gweithio gyda rhifolion Rhufeinig yn unig; peiriant, pan gafodd ei droi ymlaen, ymddangosodd braich fecanyddol ohono a diffodd y peiriant.
Roedd strwythur y peiriant Rockefeller y daeth Shannon ar ei draws yn rhesymegol yr un fath â strwythur dadansoddwr 1931, ond fe'i hadeiladwyd o gydrannau ffisegol hollol wahanol. Sylweddolodd Bush fod y gwiail a'r gerau mecanyddol mewn peiriannau hŷn yn lleihau eu heffeithlonrwydd: er mwyn gwneud cyfrifiadau, roedd angen tiwnio'r peiriant, a gymerodd lawer o oriau gwaith gan fecanyddion medrus.
Mae'r dadansoddwr newydd wedi colli'r diffyg hwn. Nid bwrdd gyda gwiail oedd wrth wraidd ei ddyluniad, ond switsh cyfesurynnol - prototeip ychwanegol a roddwyd gan Bell Labs. Yn hytrach na throsglwyddo pŵer o siafft ganolog, roedd pob modiwl annatod yn cael ei yrru'n annibynnol gan fodur trydan. Er mwyn sefydlu'r peiriant i ddatrys problem newydd, roedd yn ddigon i ffurfweddu'r rasys cyfnewid yn y matrics cydlynu er mwyn cysylltu'r integreiddwyr yn y dilyniant a ddymunir. Roedd darllenydd tâp wedi'i dyrnu (wedi'i fenthyg o ddyfais telathrebu arall, rholyn teleteip) yn darllen ffurfweddiad y peiriant, ac roedd cylched cyfnewid yn trosi'r signal o'r tâp yn signalau rheoli ar gyfer y matrics - roedd fel sefydlu cyfres o alwadau ffôn rhwng integreiddwyr.
Roedd y peiriant newydd nid yn unig yn llawer cyflymach ac yn haws i'w sefydlu, ond roedd hefyd yn gweithio'n gyflymach ac yn fwy cywir na'i ragflaenydd. Gallai hi ddatrys problemau mwy cymhleth. Heddiw, efallai y bydd y cyfrifiadur hwn yn cael ei ystyried yn gyntefig, hyd yn oed yn afradlon, ond yna roedd yn ymddangos i sylwedyddion i fod yn ddeallusrwydd gweithredol gwych - neu efallai ofnadwy:
Mewn gwirionedd, robot mathemategol ydyw. Awtomaton sy'n cael ei bweru gan drydan a ddyluniwyd nid yn unig i gymryd baich cyfrifiant a dadansoddi trwm oddi ar yr ymennydd dynol, ond hefyd i neidio ymlaen a datrys problemau mathemateg y tu hwnt i ddatrysiad meddyliol.
Canolbwyntiodd Shannon ar drosi'r data o'r tâp papur yn gyfarwyddiadau ar gyfer yr "ymennydd", a'r gylched ras gyfnewid oedd yn gyfrifol am y llawdriniaeth hon. Tynnodd sylw at yr ohebiaeth rhwng strwythur y gylched a strwythurau mathemategol algebra Boole, a astudiodd yn ei flwyddyn hŷn ym Michigan. Mae hwn yn algebra yr oedd ei operandau GWIR ac ANGHYWIR, a'r gweithredwyr AC, NEU, NID ac ati Algebra, yn cyfateb i ddatganiadau rhesymegol.
Ar ôl treulio haf 1937 yn gweithio yn Bell Labs yn Manhattan (lle delfrydol i feddwl am gylchedau cyfnewid), ysgrifennodd Shannon draethawd ymchwil ei feistr, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits . Ynghyd â gwaith Alan Turing y flwyddyn cynt, roedd traethawd hir Shannon yn sylfaen i wyddor peirianyddol cyfrifiadura.
Yn y 1940au a'r 1950au, adeiladodd Shannon nifer o beiriannau cyfrifiadurol/rhesymegol: cyfrifiannell calcwlws Rhufeinig THROBAC, peiriant diwedd gêm gwyddbwyll, a Theseus, drysfa a yrrwyd gan lygoden electromecanyddol (yn y llun)
Darganfu Shannon y gallai'r system o hafaliadau rhesymeg gosodiadol gael ei throsi'n fecanyddol yn uniongyrchol i gylched ffisegol o switshis cyfnewid. Daeth i’r casgliad: “Mewn gwirionedd, unrhyw weithrediad y gellir ei ddisgrifio mewn nifer gyfyngedig o gamau gan ddefnyddio geiriau OS, AC, NEU ac ati, gellir ei berfformio'n awtomatig gan rasys cyfnewid. Er enghraifft, mae dwy ras gyfnewid switsh rheoledig wedi'u cysylltu mewn cyfres yn ffurfio rhesymeg И: dim ond pan fydd y ddau electromagnet yn cael eu gweithredu i gau'r switshis y bydd cerrynt yn llifo drwy'r brif wifren. Ar yr un pryd, dwy ras gyfnewid wedi'u cysylltu ar ffurf gyfochrog NEU: mae cerrynt yn llifo trwy'r brif gylched, wedi'i actifadu gan un o'r electromagnetau. Gall allbwn cylched rhesymeg o'r fath yn ei dro yrru electromagnetau trosglwyddyddion eraill i gynhyrchu gweithrediadau rhesymeg mwy cymhleth fel (A И B) neu (C И G).
Gorffennodd Shannon ei draethawd hir gydag atodiad gyda sawl enghraifft o gylchedau a grëwyd gan ei ddull. Gan fod gweithrediadau algebra Boole yn debyg iawn i weithrediadau rhifyddeg deuaidd (h.y., gan ddefnyddio rhifau deuaidd), dangosodd sut y gallai ras gyfnewid gael ei hadeiladu i mewn i "gwiber drydanol mewn deuaidd" - rydym yn galw hwn yn wiber ddeuaidd. Ychydig fisoedd yn ddiweddarach, gwnaeth un o wyddonwyr Bell Labs wiber o'r fath ar fwrdd y gegin.
Stibitz
Daeth George Stibitz, ymchwilydd yn yr adran fathemateg ym mhencadlys Bell Labs ym Manhattan, â set ryfedd o offer adref ar noson dywyll o Dachwedd ym 1937. Celloedd batri sych, dau fwlb golau bach ar gyfer tariannau caledwedd, a chwpl o rasys cyfnewid fflat Math U a geir mewn can sbwriel. Trwy ychwanegu rhai gwifrau a rhywfaint o sothach, mae'n cydosod dyfais a allai ychwanegu dau rif deuaidd un-digid (a gynrychiolir gan bresenoldeb neu absenoldeb foltedd mewnbwn) ac allbwn rhif dau ddigid gan ddefnyddio bylbiau golau: un - ymlaen, sero - i ffwrdd .
Gwiber deuaidd Stiebits
Gofynnwyd i Stiebitz, ffisegydd trwy hyfforddiant, werthuso priodweddau ffisegol magnetau cyfnewid. Cyn hynny, nid oedd ganddo unrhyw brofiad gyda theithiau cyfnewid o gwbl, ac felly dechreuodd trwy astudio eu defnydd mewn cylchedau ffôn Bell. Buan y sylwodd George ar debygrwydd rhwng rhai cylchedau a gweithrediadau rhifyddol gyda rhifau deuaidd. Yn chwilfrydig, casglodd ei brosiect ochr ar fwrdd y gegin.
Ar y dechrau, ni chododd tinkering ras gyfnewid Stiebitz fawr o ddiddordeb ymhlith swyddogion gweithredol Bell Labs. Ond ym 1938, gofynnodd pennaeth y grŵp ymchwil i George a ellid defnyddio ei gyfrifiannell ar gyfer gweithrediadau rhifyddeg ar rifau cymhlyg (er enghraifft, a+bille i yw ail isradd rhif negatif). Daeth yn amlwg bod sawl adran gyfrifiadurol yn Bell Labs eisoes yn cwyno am y ffaith bod yn rhaid iddynt luosi a rhannu niferoedd o'r fath yn gyson. Roedd lluosi un rhif cymhlyg yn gofyn am bedwar gweithrediad rhifyddol ar gyfrifiannell bwrdd gwaith, rhannu - 16 gweithrediad. Dywedodd Stiebitz y gallai ddatrys y broblem a dyluniodd beiriant ar gyfer cyfrifiadau o'r fath.
Galwyd y cynllun terfynol, a ymgorfforwyd mewn metel gan y peiriannydd ffôn Samuel Williams, yn Gyfrifiadur Rhif Cymhleth—neu Gyfrifiadur Cymhleth yn fyr—ac aeth i gynhyrchu yn 1940. Ar gyfer cyfrifiadau, defnyddiwyd 450 o gyfnewidfeydd, a chafodd canlyniadau canolradd eu storio mewn deg switsh cyfesurynnol. Mewnbynnu a derbyniwyd data gan ddefnyddio teleteip rholyn. Mae adrannau Bell Labs wedi gosod tri o'r teleprinters hyn, sy'n dangos bod galw mawr am bŵer cyfrifiadurol. Releiau, matrics, teleteipiau - ym mhob ffordd roedd yn gynnyrch y system Bell.
Tarodd yr awr orau o Complex Computer ar 11 Medi, 1940. Cyflwynodd Stiebitz adroddiad ar y cyfrifiadur mewn cyfarfod o Gymdeithas Fathemategol America yng Ngholeg Dartmouth. Trefnodd i deipiadur gael ei osod yno gyda chysylltiad telegraff i Complex Computer yn Manhattan, 400 cilomedr i ffwrdd. Gallai'r rhai a ddymunai gerdded i fyny at deleteipiadur, nodi amodau'r broblem ar y bysellfwrdd, a gweld sut, mewn llai na munud, mae'r teleteipiadur yn argraffu'r canlyniad yn hudol. Ymhlith y rhai a brofodd y newydd-deb roedd John Mauchly (John Mauchly) a John von Neumann (John von Neumann), a bydd pob un ohonynt yn chwarae rhan bwysig ym mharhad ein stori.
Gwelodd cyfranogwyr y cyfarfod gipolwg byr ar fyd y dyfodol. Yn ddiweddarach, daeth cyfrifiaduron mor ddrud fel na allai gweinyddwyr bellach adael iddynt eistedd yn segur tra bod y defnyddiwr yn crafu ei ên o flaen consol rheoli, gan ystyried beth i'w deipio nesaf. Am yr 20 mlynedd nesaf, bydd gwyddonwyr yn meddwl am sut i adeiladu cyfrifiaduron pwrpas cyffredinol a fydd bob amser yn aros i chi fewnbynnu data iddynt, hyd yn oed wrth weithio ar rywbeth arall. Ac yna bydd 20 mlynedd arall yn mynd heibio nes bydd y dull rhyngweithiol hwn o gyfrifiadura yn dod yn drefn.
Stiebits yn Nherfynell Ryngweithiol Dartmouth yn y 1960au. Roedd Coleg Dartmouth yn arloeswr mewn cyfrifiadura rhyngweithiol. Daeth Stiebitz yn athro coleg ym 1964
Mae'n syndod, er gwaethaf y tasgau y mae'n eu datrys, nad yw Cyfrifiadur Cymhleth yn ôl safonau modern yn gyfrifiadur o gwbl. Gallai gyflawni tasgau rhifyddeg rhif cymhleth ac yn ôl pob tebyg dasgau tebyg eraill, ond nid rhai pwrpas cyffredinol. Nid oedd yn rhaglenadwy. Ni allai berfformio llawdriniaethau ar hap neu dro ar ôl tro. Roedd yn gyfrifiannell a oedd yn gallu gwneud rhai cyfrifiadau yn llawer gwell na'i ragflaenwyr.
Gyda dechrau'r Ail Ryfel Byd, crëwyd cyfres o gyfrifiaduron o'r enw Model II, Model III a Model IV yn Bell dan arweiniad Stibitz (Complex Computer, yn y drefn honno, a enwyd yn Model I). Adeiladwyd y rhan fwyaf ohonynt ar gais y Pwyllgor Ymchwil Amddiffyn Cenedlaethol, a chafodd ei arwain gan neb llai na Vanevar Bush. Gwellodd Stiebitz gynllun y peiriannau o ran mwy o amlbwrpasedd swyddogaeth a rhaglenadwyedd.
Er enghraifft, datblygwyd y Gyfrifiannell Balistig (Model III yn ddiweddarach) ar gyfer anghenion systemau rheoli tân gwrth-awyren. Fe'i comisiynwyd yn 1944 yn Fort Bliss, Texas. Roedd y ddyfais yn cynnwys 1400 o releiau a gallai weithredu rhaglen o weithrediadau mathemategol a bennir gan ddilyniant o gyfarwyddiadau ar dâp papur â dolennog. Cyflwynwyd tâp gyda data mewnbwn ar wahân, a data tabl ar wahân. Roedd hyn yn ei gwneud hi'n bosibl dod o hyd i werthoedd swyddogaethau trigonometrig yn gyflym, er enghraifft, heb gyfrifiadau go iawn. Datblygodd peirianwyr cloch gylchedau hela arbennig a oedd yn sganio'r tâp ymlaen / yn ôl ac yn edrych am gyfeiriad y gwerth bwrdd dymunol, waeth beth fo'r cyfrifiadau. Canfu Stiebits fod ei gyfrifiadur Model III, a oedd yn clicio ar releiau ddydd a nos, wedi disodli 25-40 o gyfrifianellau.
Raciau Ras Gyfnewid Bell Model III
Nid oedd gan y Model V amser i ymweld â'r gwasanaeth milwrol. Mae wedi dod hyd yn oed yn fwy amlbwrpas a phwerus. Os caiff ei fesur yn nhermau nifer y cyfrifiaduron y mae'n eu disodli, yna roedd tua deg gwaith yn well na Model III. Gallai nifer o fodiwlau cyfrifiadurol gyda 9 o gyfnewidfeydd dderbyn data mewnbwn o sawl gorsaf, lle roedd defnyddwyr yn nodi amodau gwahanol dasgau. Roedd gan bob gorsaf o'r fath un darllenydd tâp ar gyfer mewnbynnu data a phump ar gyfer cyfarwyddiadau. Roedd hyn yn ei gwneud hi'n bosibl galw amrywiol is-reolweithiau wrth gyfrifo tasg o'r prif dâp. Dosbarthodd y prif fodiwl rheoli (mewn gwirionedd, analog o'r system weithredu) gyfarwyddiadau i'r modiwlau cyfrifiadurol yn dibynnu ar eu hargaeledd, a gallai rhaglenni berfformio neidiau amodol. Nid cyfrifiannell yn unig ydoedd bellach.
Blwyddyn y Gwyrthiau: 1937
Gellir ystyried 1937 yn drobwynt yn hanes cyfrifiaduron. Y flwyddyn honno, sylwodd Shannon a Stiebitz ar debygrwydd rhwng cylchedau cyfnewid a swyddogaethau mathemategol. Arweiniodd y canfyddiadau hyn at Bell Labs i greu cyfres o beiriannau digidol pwysig. Roedd yn fath o - neu hyd yn oed amnewid - pan ddaeth ras gyfnewid ffôn gymedrol, heb newid ei ffurf ffisegol, yn ymgorfforiad o fathemateg haniaethol a rhesymeg.
Yn yr un flwyddyn, yn rhifyn Ionawr o'r cyhoeddiad Trafodion Cymdeithas Fathemategol Llundain cyhoeddi erthygl gan y mathemategydd Prydeinig Alan Turing "On computable numbers in relation to » (Ar Rifau Cyffesadwy, Gyda Chymhwysiad at Broblem Entscheidung). Disgrifiodd beiriant cyfrifiadurol cyffredinol: dadleuodd yr awdur y gallai gyflawni gweithredoedd sy'n cyfateb yn rhesymegol i rai cyfrifianellau dynol. Roedd Turing, a oedd wedi mynd i ysgol raddedig ym Mhrifysgol Princeton y flwyddyn flaenorol, hefyd wedi'i gyfareddu gan gylchedau cyfnewid. Ac, fel Bush, mae'n pryderu am y bygythiad cynyddol o ryfel yn erbyn yr Almaen. Felly cymerodd brosiect cryptograffig trydydd parti, lluosydd deuaidd y gellid ei ddefnyddio i amgryptio negeseuon milwrol. Fe'i hadeiladodd Turing o gyfnewidfeydd a wnaed yn siop beiriannau'r brifysgol.
Hefyd yn 1937, roedd Howard Aiken yn meddwl am gyfrifiadur awtomatig tybiedig. Gwnaeth Aiken, myfyriwr graddedig mewn peirianneg drydanol o Harvard, lawer o'i gyfrifiadau heb ddim mwy na chyfrifiannell fecanyddol ac argraffu llyfrau taenlen mathemateg. Cynigiodd ddyluniad a fyddai'n cael gwared ar y drefn hon. Yn wahanol i ddyfeisiau cyfrifiadurol presennol, roedd yn rhaid iddo brosesu prosesau yn awtomatig ac yn gylchol, gan ddefnyddio canlyniadau cyfrifiadau blaenorol fel mewnbwn ar gyfer y rhai nesaf.
Yn y cyfamser, yn y Nippon Electric Company, roedd y peiriannydd telathrebu Akira Nakashima wedi bod yn ymchwilio i'r cysylltiadau rhwng cylchedau cyfnewid a mathemateg ers 1935. Yn olaf, ym 1938, profodd yn annibynnol gywerthedd cylchedau cyfnewid i algebra Boole, yr oedd Shannon wedi'i ddarganfod flwyddyn ynghynt.
Yn Berlin, roedd Konrad Zuse, cyn beiriannydd awyrennol wedi blino ar y cyfrifiadau diddiwedd sydd eu hangen yn y gwaith, yn chwilio am arian i adeiladu ail gyfrifiadur. Nid oedd yn gallu cael ei ddyfais fecanyddol gyntaf, y V1, i weithio'n ddibynadwy, felly roedd am wneud cyfrifiadur cyfnewid, a ddatblygodd gyda'i ffrind, y peiriannydd telathrebu Helmut Schreyer.
Cyffredinolrwydd cyfnewidiadau ffôn, y casgliadau am resymeg fathemategol, awydd meddyliau disglair i gael gwared ar waith syfrdanol - roedd hyn i gyd yn cydblethu ac yn arwain at ymddangosiad y syniad o fath newydd o beiriant rhesymegol.
cenhedlaeth anghofiedig
Bu'n rhaid i ffrwyth darganfyddiadau a datblygiadau 1937 aeddfedu am sawl blwyddyn. Profodd y rhyfel i fod y gwrtaith mwyaf pwerus, a gyda'i ddyfodiad, dechreuodd cyfrifiaduron cyfnewid ymddangos lle bynnag yr oedd yr arbenigedd technegol angenrheidiol yn bodoli. Mae rhesymeg fathemategol wedi dod yn winllan peirianneg drydanol. Cododd ffurfiau newydd o beiriannau cyfrifiadurol rhaglenadwy - y drafft cyntaf o gyfrifiaduron modern.
Yn ogystal â'r peiriannau Stiebitz, erbyn 1944 gallai'r Unol Daleithiau frolio Cyfrifiannell Wedi'i Reoli â Dilyniant Awtomatig Harvard Mark I/IBM (ASCC), canlyniad cynnig Aiken. Cododd yr enw dwbl oherwydd dirywiad y berthynas rhwng yr amgylchedd academaidd a diwydiant: hawliodd pawb y ddyfais. Roedd y Marc I/ASCC yn defnyddio cylchedau rheoli cyfnewid, ond adeiladwyd y prif fodiwl rhifyddol ar bensaernïaeth cyfrifiannell fecanyddol IBM. Crëwyd y peiriant ar gyfer anghenion Swyddfa Adeiladu Llongau UDA. Dechreuodd ei olynydd Marc II weithio ym 1948 ar safle prawf y Llynges, ac roedd ei holl weithrediadau'n seiliedig ar rasys cyfnewid yn unig - 13 o deithiau cyfnewid.
Adeiladodd Zuse nifer o gyfrifiaduron cyfnewid yn ystod y rhyfel, a oedd yn gynyddol gymhleth. Y penllanw oedd y V4, a oedd, fel y Bell Model V, yn cynnwys setiau ar gyfer galw is-reolweithiau a gwneud neidiau amodol. Oherwydd prinder deunyddiau yn Japan, ni chafodd unrhyw un o ddyluniadau Nakashima a'i gydwladwyr eu hymgorffori mewn metel nes bod y wlad wedi gwella o'r rhyfel. Yn y 1950au, ariannodd y Weinyddiaeth Masnach a Diwydiant Tramor oedd newydd ei ffurfio i greu dau beiriant cyfnewid, a'r ail ohonynt yn anghenfil gyda 20 o gyfnewidfeydd. Mae Fujitsu, a oedd yn ymwneud â'r creu, wedi datblygu ei gynhyrchion masnachol ei hun.
Heddiw, mae'r peiriannau hyn bron yn gyfan gwbl wedi'u hanghofio. Dim ond un enw sydd ar ôl yn y cof - ENIAC (ENIAC). Nid yw'r rheswm dros anghofio yn gysylltiedig â'u cymhlethdod, na'u galluoedd, na'u cyflymder. Mae priodweddau cyfrifiannol a rhesymegol cyfnewidfeydd a ddarganfuwyd gan wyddonwyr ac ymchwilwyr yn berthnasol i unrhyw fath o ddyfais a all weithredu fel switsh. Ac felly y digwyddodd bod dyfais debyg arall ar gael - electronig switsh a allai weithredu gannoedd o weithiau'n gyflymach na chyfnewid.
Dylai pwysigrwydd yr Ail Ryfel Byd yn hanes peiriannau cyfrifiadurol fod yn amlwg eisoes. Y rhyfel mwyaf ofnadwy oedd yr ysgogiad i ddatblygu peiriannau electronig. Rhyddhaodd ei ddechreuad yr adnoddau sydd eu hangen i oresgyn diffygion amlwg switshis electronig. Byrhoedlog oedd goruchafiaeth cyfrifiaduron electromecanyddol. Fel y Titans, cawsant eu dymchwel gan eu plant. Fel cyfnewidfeydd, roedd newid electronig yn tarddu o anghenion y diwydiant telathrebu. Ac i ddarganfod o ble y daeth, mae'n rhaid i ni ail-adrodd ein hanes yn ôl i wawr yr oes radio.
Ffynhonnell: hab.com