I vores beskrev blomstringen af automatiske telefoncentraler, der blev styret ved hjælp af relæskemaer. Denne gang ønsker vi at fortælle om, hvordan forskere og ingeniører udviklede relæskemaer i det første - nu glemte - generation af digitale computere.
Relæet på højdepunktet
Hvis I kan huske, bygger relæernes arbejde på et simpelt princip: en elektromagnet betjener en metalafbryder. Ideen om relæet blev uafhængigt foreslået af flere naturforskere og iværksættere inden for telegrafibranchen i 1830'erne. Derefter i midten af det 19. århundrede forvandlede opfindere og mekanikere relæet til en pålidelig og uundgåelig komponent af telegrafsystemer. Det var netop i dette område, at relæets liv nåede sit højdepunkt: det blev miniaturiseret, og generationer af ingeniører skabte utallige konstruktioner, mens de formelt lærte matematik og fysik.
I begyndelsen af det 20. århundrede indeholdt ikke kun automatiske vekselstrømsystemer, men også stort set alt udstyr i telefonnetværk manér på enhver tænkelig form for relæer. En af de tidligste anvendelser i telefonkommunikation går tilbage til 1870'erne, i manuelle centraler. Når abonnenten drejede på telefonens håndtag (magnetohåndtag), blev der sendt et signal til telefoncentralen, der aktiverede blinker. Blinkeren er et relæ, der ved aktivering lukkede en metalklap ved telefonoperatørens arbejdsstation, hvilket indikerede, at der var indkommende opkald. Så indsatte operatøren stikket i stikdåsen, relæet nulstillede, hvorefter klappen kunne løftes igen, som blev fastholdt i den position af elektromagneten.
I 1924, som to ingeniører fra Bell Company skrev, betjente en typisk manuel telefoncentral omkring 10.000 abonnenter. Udstyrerne havde 40-65.000 relæer, hvis samlede magnetiske styrke var "tilstrækkelig til at løfte 10 tons". I store telefoncentraler med maskinbetjente vekslere blev disse karakteristika fordoblet. I hele telefon系统et i USA blev der brugt mange millioner relæer, og deres antal steg konstant i takt med automatiseringen af telefoncentralerne. En telefonforbindelse kunne betjenes af fra en håndfuld til flere hundrede relæer - alt efter antal og udstyr af de involverede telefoncentraler.
Fabrikkerne til Western Electric, en del af Bell-koncernen, producerede et enormt udvalg af relæer. Ingénørerne skabte så mange variationer, at selv de mest erfarne hunde- og dueholdere ville misunde dette mangfoldighed. Arbejdshastigheden og følsomheden af relæerne blev optimeret, mens størrelsen blev reduceret. I 1921 producerede Western Electric næsten 5 millioner relæer af de 100 mest almindelige typer. Den mest udbredte var det universelle Type E-relæ, en flad, næsten rektangulær enhed, der vejede et par dusin gram. Det blev primært lavet af stansede metaldele, hvilket gjorde det teknologisk avanceret i produktionen. Kapslen beskyttede kontakterne mod støv og inducerede strømme fra nærliggende enheder: relæerne blev normalt monteret tæt på hinanden i rack med hundreder og tusinder af relæer. I alt blev der udviklet 3000 varianter af Type E, som hver især havde forskellige konfigurationer af viklinger og kontakter.
Snart begyndte disse relæer at blive brugt i de mest komplekse omstillingssystemer.
Koordinatomskifter
I 1910 fik Gotthilf Betulander, ingeniør ved Royal Telegrafverket — den statsejede virksomhed, der kontrollerede størstedelen af det svenske telefonmarked (i årtier næsten hele), en idé. Han troede, at han kunne forbedre effektiviteten af Telegrafverkets operationer betydeligt ved at bygge automatiske omstillingssystemer, der udelukkende var baseret på relæer. Mere præcist på relæ-matricer: gitter af stålstænger tilsluttet telefonlinjer, med relæer i krydsene. Et sådant omstillingssystem skulle fungere hurtigere, mere pålideligt og være lettere at vedligeholde sammenlignet med systemer baseret på glidende eller roterende kontakter.
Desuden opfandt Betulander, at man kunne isolere dele af systemet, der var ansvarlige for valg og forbindelser, i uafhængige relæskemaer. Den resterende del af systemet skulle kun bruges til at etablere tale kanalen, hvorefter den kunne frigøres til vedligeholdelse af et andet opkald. Det vil sige, at Betulander kom frem til ideen, der senere blev kaldt 'fælles kontrol' (common control).
Diagrammet, der gemte nummeret på det indkommende opkald, blev kaldt «recorder» (et andet udtryk - register). Diagrammet, der identificerer og «markerer» den tilgængelige forbindelse i nettet, blev kaldt «markør». Forfatteren patenterede sit system. Flere sådanne stationer blev sat i drift i Stockholm og London. I 1918 lærte Betulander om en amerikansk innovation: det koordinatkommutator, der blev skabt af ingeniør Bell, John Reynolds, fem år tidligere. Denne kommutator lignede meget Betulanders udvikling, men i den blev der anvendt n + m relæer til betjening n + m af matrixnoderne, hvilket var langt mere praktisk for fremtidig udvidelse af telefonstationer. Ved oprettelse af forbindelse klemte holdepladen «fingrene» fra klaverstrenge, mens valgpladen bevægede sig over matricen for at forbindes med et andet opkald. Året efter implementerede Betulander denne idé i designet af sin kommutator.
Men de fleste ingeniører betragtede Betulanders skabelse som mærkelig og unødigt kompleks. Da det kom til valg af kommutationssystem til automatiseringen af netværkene i de største svenske byer, valgte Telegrafverket hellere designet udviklet af Ericsson. Betulanders kommutatorer blev kun brugt i små telefonstationer i landdistrikterne: relæerne var mere pålidelige end den motoriserede automatisering af Ericsson-kommutatorer og krævede ikke servicepersonale på hver station.
Men amerikanske telefoningeniører havde en anden mening om dette. I 1930 besøgte specialister fra Bell Labs Sverige og var «meget imponeret over parametrene for det koordinatkommutationsmodul». Da de kom tilbage, gik amerikanerne straks i gang med at arbejde på, hvad der senere blev kendt som «koordinatsystem nr. 1», der erstattede panelkommutatorer i store byer. Indtil 1938 var der installeret to sådanne systemer i New York. Snart blev de standardudstyr til byens telefonstationer, indtil mere end 30 år senere blev de erstattet af elektroniske kommutatorer.
Den mest interessante komponent i koordinatskifter nummer 1 blev en ny, mere kompleks marker, udviklet af Bell. Den var designet til at finde den fri rute fra den opkaldende til den opkaldte gennem flere sammenkoblede koordinatmoduler, hvilket skabte en telefonforbindelse. Markeren skulle også teste hver forbindelse for tilstanden 'fri'/'optaget'. Dette krævede anvendelse af betinget logik. Som historikeren Robert Chapuis skrev:
Valget er betinget, fordi en fri forbindelse kun opretholdes, hvis den giver adgang til en koordinatlinje, der som udgang har en fri forbindelse til næste niveau. Hvis flere sæt forbindelser opfylder de nødvendige betingelser, vælger 'prioritetslogik' (preferential logic) en af [de eksisterende] mindst talrige forbindelser...
Koordinatskifteren er et fremragende eksempel på gensidig berigelse af teknologiske ideer. Betulander skabte sin fuldt relæbaserede skifter, forbedrede det med Reynolds' skiftende matrix og beviste funktionaliteten af den resulterende konstruktion. Ingeniører fra AT&T redesignede senere denne hybride skifter, forbedrede den og skabte koordinatsystem nummer 1. Dette system blev derefter en komponent i to tidlige beregningsmaskiner, hvoraf den ene nu er kendt som en milepæl i computerhistorien.
Matematiske beregninger (Mathematical labor)
For at forstå hvordan og hvorfor relæer og deres elektroniske slægtinge bidrog til en revolution inden for computervidenskab, har vi brug for en kort ekskurs i verden af matematiske beregninger. Derefter vil det blive klart, hvorfor der opstod en skjult efterspørgsel efter optimering af beregningsprocesser.
I begyndelsen af det 20. århundrede var hele systemet af moderne videnskab og ingeniørkunst baseret på arbejdet fra tusindvis af mennesker, der udførte matematiske beregninger. De blev kaldt computere (computers) [For at undgå forvirring vil termen beregnere. — Note fra oversætteren] Allerede i 1820'erne skabte Charles Babbage (Selvom der var idéelle forgængere til hans apparat). Dens hovedopgave var at automatisere opbygningen af matematiske tabeller, for eksempel til navigation (beregning af trigonometriske funktioner med polynomiale tilnærmelser ved 0 grader, 0,01 grader, 0,02 grader osv.). Der var også stor efterspørgsel efter matematiske beregninger inden for astronomi: der var behov for at bearbejde råresultater fra teleskopobservationer inden for faste områder af himmelkuglen (uafhængigt af tidspunkt og dato for observationerne) eller bestemme banerne for nye objekter (for eksempel Halley's komet).
Siden Babbage er behovet for computermaskiner vokset enormt. Elforsyningsselskaberne havde brug for at forstå adfærden af transmissionssystemer, som havde meget komplekse dynamiske egenskaber. Kanoner lavet af Bessemer-stål, der kunne affyre projektiler langt ud over horisonten (og som derfor ikke længere kunne rettes ind via direkte observation af målet), krævede mere og mere præcise ballistiske tabeller. Nye statistiske værktøjer, der krævede en stor mængde matematiske beregninger (for eksempel metoden med mindste kvadrater), blev mere og mere anvendt både i videnskaben og i den voksende statslige forvaltning. Beregningsafdelinger blev oprettet på universiteter, i regeringsinstitutioner og i industrivirksomheder, og de rekrutterede ofte kvinder.
Mekaniske lommeregnere gjorde blot opgaven med beregninger lettere, men løste ikke problemet. Lommeregnere gjorde aritmetiske operationer hurtigere, men enhver kompleks videnskabelig eller ingeniørmæssig opgave krævede hundreder eller tusinder af operationer, hver enkelt skulle udføres manuelt af en beregner (menneske), som nøje noterede alle mellemresultater.
Fremkomsten af nye tilgange til problemet med matematiske beregninger blev fremmet af flere faktorer. Unge forskere og ingeniører, der grublede over deres opgaver om natten, ønskede at give deres hænder og øjne en pause. Projektledere blev tvunget til at bruge stadig flere penge på lønninger til de mange beregnere, især efter Første Verdenskrig. Endelig kunne mange avancerede videnskabelige og tekniske opgaver kun med besvær løses manuelt. Alle disse faktorer førte til oprettelsen af en serie beregningsmaskiner, hvis udvikling blev ledet af Vannevar Bush — en elektroingeniør fra Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Differentialanalysator
Indtil dette punkt har historien ofte været upersonlig, men nu vil vi tale mere om specifikke mennesker. Berømmelsen omgået skaberne af panel switchen, relæ Type E og koordinat markør schemaet. Der er ikke bevaret selv biografiske anekdoter om dem. De eneste offentligt tilgængelige vidnesbyrd om deres liv er de fossile rester af de maskiner, de skabte.
Nu kan vi få en dybere forståelse af menneskerne og deres fortid. Men vi vil ikke længere møde de, der hårdnakket arbejdede på lofterne og i værkstederne derhjemme — Morse og Vail, Bell og Watson. Ved udgangen af Første Verdenskrig var æraen for de heroiske opfindere næsten slut. Thomas Edison kan betragtes som en overgangsfigur: i begyndelsen af sin karriere var han ansat opfinder, men ved slutningen blev han ejer af en 'opfindelsesfabrik'. På det tidspunkt var udviklingen af de mest markante nye teknologier blevet overdraget til organisationer — universiteter, forskningsafdelinger i virksomheder, statslige laboratorier. De mennesker, vi vil tale om i dette afsnit, tilhørte netop sådanne organisationer.
For eksempel, Vannevar Bush. Han kom til MIT i 1919, da han var 29 år gammel. Lidt over 20 år senere blev han en af de personer, der påvirkede USA's engagement i Anden Verdenskrig, og han hjalp med at øge den offentlige finansiering, hvilket for altid ændrede forholdet mellem regeringen, akademia og udviklingen af videnskab og teknologi. Men i artiklen interesserer vi os for en række maskiner, der blev udviklet i Bushs laboratorium fra midten af 1920'erne og var beregnet til at løse problemet med matematiske beregninger.
MIT, der for nylig flyttede fra centrum af Boston til bredden af Charles River i Cambridge, var tæt knyttet til industriens behov. Bush selv havde ud over sin professorrolle finansielle interesser i flere virksomheder inden for elektronik. Så det burde ikke overraske dig, at det problem, der fik Bush og hans studerende til at arbejde på en ny beregningsenhed, opstod inden for energisektoren: det blev nødvendigt at modellere adfærden af højspændingsledninger under peakbelastninger. Det er tydeligt, at dette kun var en af mange mulige anvendelser af beregningsmaskiner: udmattende matematiske beregninger blev udført overalt.
Bush og hans kolleger byggede først to maskiner, der blev kaldt produktionsintegratorer (product integraphs). Men den mest kendte og succesfulde maskine fra MIT blev en anden — differentialanalysator, færdiggjort i 1931. Den løste problemer med elektricitetsoverførsel, beregnede elektroners baner, baner for kosmisk stråling i Jordens magnetfelt og meget mere. Forskere over hele verden, som havde brug for beregningskraft, skabte i 1930'erne dusinvis af kopier og varianter af differentialanalysatoren. Nogle — endda lavet af Meccano (den engelske pendant til den amerikanske legetøjsbyggerækken ).
En differentialanalysator er en analog computer. Matematiske funktioner blev beregnet ved hjælp af roterende metalstænger, hvor hastigheden på hver af dem afspejlede nogen mængde. En motor drev en uafhængig stang - variabelen (som normalt repræsenterede tid), som i sin tur drejede andre stænger (forskellige differentielle variabler) gennem mekaniske forbindelser, og på grundlag af indgangshastigheden blev funktionen beregnet. Resultaterne af beregningerne blev tegnet på papir i form af kurver. De vigtigste komponenter var integratorer - hjul, der drejede skiver. Integratorer kunne beregne integralet af en kurve uden besværlige manuelle beregninger.
Differentialanalysator. Integrationsmodulet - med hævet låg, på vinduets side er der borde med beregningsresultater, og i midten er der et kompleks af beregningsstænger.
Ingen af analysemontrenes komponenter indeholdt diskrete kontaktrelæer eller digitale kontakter. Så hvorfor fortæller vi om denne enhed? Svaret gives af den fjerde maskine i familien.
I begyndelsen af 1930'erne begyndte Bush at opsøge Rockefeller-fonden for at sikre finansiering til yderligere udvikling af analysatoren. Warren Weaver, lederen af fondens afdeling for naturvidenskaber, kunne først ikke overbevises. Ingeniørkunst var ikke inden for hans kompetence. Men Bush promoverede det ubegribelige potentiale i sin nye maskine for videnskabelige anvendelser - især inden for matematisk biologi, Weavers yndlingsprojekt. Bush lovede også adskillige forbedringer af analysatoren, herunder "muligheden for hurtigt at skifte analysatoren fra et problem til et andet, ligesom en telefonkommutator". I 1936 blev hans bestræbelser belønnet med et tilskud på 85.000 dollars, tildelt til opbygningen af en ny enhed, der senere blev kaldt Rockefeller-differentialanalysatoren.
Som praktisk beregner var denne analysator ikke en bemærkelsesværdig gennembrud. Bush, der blev vicepræsident for MIT og dekan for ingeniørskolen, kunne ikke afsætte meget tid til at lede udviklingen. Faktisk trak han sig snart tilbage og påtog sig opgaverne som formand for Carnegie Institute i Washington. Bush følte krigens uundgåelighed, og han havde flere videnskabelige og produktionsideer, der kunne opfylde de væbnede styrkers behov. Det vil sige, at han ønskede at være tættere på magtens centrum, hvor han kunne påvirke beslutninger mere effektivt.
Samtidig løste laboratoriets medarbejdere de tekniske problemer, der blev dikteret af den nye konstruktion, og snart blev de begyndt at blive afledt til arbejde med militære opgaver. Rockefeller-maskinen blev først færdiggjort i 1942. Militæret fandt den nyttig til masseproduktion af ballistiske tabeller til artilleri. Men snart blev denne enhed overskygget af udelukkende digitale computere – der repræsenterede tal ikke som fysiske størrelser, men abstrakt ved hjælp af positioner af kontakter. Det viste sig, at selve Rockefeller-analysatoren indeholdt ret mange af sådanne kontakter, der bestod af relæskemaer.
Shannon
I 1936 var Claude Shannon kun 20 år, men han havde allerede afsluttet Michigan Universitet med en bachelorgrad i to fag: elektroteknik og matematik. En reklameannonce, der var hæftet til opslagstavlen, bragte ham til MIT. Vannevar Bush søgte en ny assistent til arbejdet med den differentielle analysator. Shannon ansøgte uden tøven og begyndte snart at arbejde med nye problemer, og kun efter dette begyndte den nye enhed at tage form.
Shannon lignede slet ikke på Bush. Han var hverken forretningsmand, akademisk byggherre eller administrator. Hele sit liv havde han en passion for spil, gåder og underholdning: skak, jonglering, labyrinter, kryptogrammer. Ligesom mange mænd fra hans tid, dedikerede Shannon sig til et seriøst hverv under krigen: han havde en stilling med regeringskontrakt hos Bell Labs, hvilket beskyttede hans skrøbelige krop mod værnepligt. Hans forskning i skydestyring og kryptografi førte til en grundlæggende bog om informationsteori (vi vil ikke røre ved den). I 1950'erne, efter krigen og dens eftervirkninger havde stilnet af, vendte Shannon tilbage til undervisningen ved MIT, og brugte sin fritid på underholdning: en lommeregner, der kun fungerede med romertal; en maskine, som, når den blev tændt, havde en mekanisk arm, der dukkede op og slukkede maskinen.
Strukturen af Rockefellers maskine, som Shannon stødte på, var logisk set den samme som analysatoren fra 1931, men den var bygget af helt andre fysiske komponenter. Bush indså, at stænger og mekaniske transmissioner i de gamle maskiner reducerede effektiviteten; for at udføre beregninger krævede det, at maskinen blev indstillet, hvilket tog mange timer med kvalificerede mekanikere.
Den nye analyser manglede denne ulempe. I stedet for et bord med stænger var dens konstruktion baseret på en koordinatkommutator – en ekstra prototype, som blev doneret af Bell Labs. I stedet for at overføre kraft fra hovedakslen blev hver integreret modul uafhængigt drevet af en elektrisk motor. For at indstille maskinen til at løse en ny opgave var det tilstrækkeligt blot at konfigurere relæerne i koordinatmatricen for at forbinde integratorerne i den ønskede rækkefølge. Læseren til perforerede strimler (lånt fra en anden telekommunikationsenhed, rullende teletype) aflæste maskinens konfiguration, mens relæskemaet omdannede signalet fra båndet til styresignaler for matricen – dette mindede om at oprette en række telefonopkald mellem integratorerne.
Den nye maskine var ikke kun meget hurtigere og lettere at indstille, den arbejdede også hurtigere og mere præcist end sin forgænger. Den kunne løse mere komplekse opgaver. I dag kan denne computer betragtes som primitiv, endda eksentrisk, men dengang forekom den observatører som en form for stort — eller måske forfærdeligt — tænkende væsen:
I sin essens er dette en matematisk robot. En automat drevet af elektricitet, skabt ikke blot for at lette den menneskelige hjerne for tunge beregninger og analyser, men også til at angribe matematiske opgaver, der ikke kunne løses af sindet, og løse dem.
Shannon fokuserede på at omdanne data fra papirbånd til instruktioner for 'hjernen', og denne operation blev håndteret af relæskemaet. Han bemærkede lighederne mellem strukturen af skemaet og de matematiske strukturer i boolesk algebra, som han havde studeret i gymnasiet i Michigan. Denne algebra havde operanderne SANDHED og FALSHED, og operatorerne — OG, ELLER, IKKE osv. Algebra, som svarede til logiske udsagn.
Efter at have tilbragt sommeren 1937 med at arbejde i Bell Labs på Manhattan (det perfekte sted til at reflektere over relæskemaer), skrev Shannon sin kandidat-afhandling med titlen "Symbolisk analyse af relæ- og skifteskemaer" (A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits). Sammen med arbejdet af Alan Turing, som blev udført et år tidligere, dannede Shannons afhandling fundamentet for videnskaben om computere.
I 1940'erne og 1950'erne byggede Shannon flere beregnings-/logiske maskiner: en romertals-kalkulator THROBAC, en maskine til skak-endgame, samt Theseus — en labyrint, hvor en elektromekanisk mus kørte rundt (på billedet)
Shannon opdagede, at systemet af propositonel logik kunne omdannes direkte til en fysisk skema af relækontakter. Han konkluderede: "Faktisk kan enhver operation, der kan beskrives med et endeligt antal trin ved hjælp af ord HVIS, OG, ELLER osv., udføres automatisk med relæer." For eksempel danner to styrede switch-relæer, der er tilsluttet i serie, en logisk Og: strømmen vil kun flyde gennem hovedledningen, når begge elektromagneter er aktiveret til at lukke kontakterne. Samtidig danner to relæer, der er forbundet parallelt, .: strømmen flyder gennem hovedskemaet, aktiveret af et af elektromagneterne. Udsignalerne fra denne logiske skema kan igen styre elektromagneterne i andre relæer for at udføre mere komplekse logiske operationer som (A Og B) eller (V Og G).
Shannon afsluttede sin afhandling med en appendiks med flere eksempler på skemaer, der var lavet efter hans metode. Da operationer med boolsk algebra er meget lig aritmetiske operationer i det binære system (dvs. ved brug af binære tal), viste han, hvordan man kunne samle et relæ 'elektrisk summator i binært system' — vi kalder det en binær summator. Flere måneder senere lavede en af forskerne fra Bell Labs en sådan summator på køkkenbordet.
Stibitz
George Stibitz, en forsker fra matematikafdelingen i Bell Labs hovedkvarter på Manhattan, bragte en mørk novemberaften i 1937 et mærkeligt sæt udstyr hjem. Tørre battericeller, to små lamper til apparatskabe og et par flade relæer af type U, fundet i en skraldespand. Ved at tilføje nogle ledninger og lidt skrammel samlede han en enhed, der kunne lægge to einstellig binære tal (repræsenteret ved tilstedeværelsen eller fraværet af indgangsspænding) og udvise et todigit nummer med lampe: en — tændt, nul — slukket.
Stibitz binær summator
Stibitz, uddannet fysiker, blev bedt om at vurdere de fysiske egenskaber ved relæmagnetene. Tidligere havde han slet ikke erfaring med relæer og begyndte derfor med at studere deres brug i telefonkredse fra Bell. Snart bemærkede George ligheden mellem nogle kredse og aritmetiske operationer med binære tal. Fascineret samlede han sit projekt på køkkenbordet.
I starten vakte Stibitz' leg med relæer ikke meget interesse hos ledelsen i Bell Labs. Men i 1938 spurgte lederen for forskningsgruppen George, om hans kalkulatorer kunne bruges til aritmetiske operationer med komplekse tal (f.eks. a + bi, hvor i – den kvadratiske rod af et negativt tal). Det viste sig, at flere beregningsafdelinger i Bell Labs allerede led under, at de konstant måtte multiplicere og dividere sådanne tal. Multiplikation af et komplekst tal krævede fire aritmetiske operationer på en skrivebordskalkulator, mens division krævede 16 operationer. Stibitz sagde, at han kunne løse problemet og udviklede en maskinskema til sådanne beregninger.
Den endelige konstruktion, som telefoningeniøren Samuel Williams realiserede i metal, blev kaldt Complex Number Computer – eller Complex Computer for korthedens skyld – og blev sat i drift i 1940. Til beregningerne blev der brugt 450 relæer, og mellemliggende resultater blev gemt i ti koordinatskift. Data blev indtastet og modtaget ved hjælp af en rullende telegraf. I Bell Labs blev der installeret tre sådanne telegrafmaskiner, hvilket vidner om de store behov for beregningsydelser. Relæer, matrix, telegrafmaskiner – på alle måder var det et produkt af Bell-systemet.
Complex Computers stjernestund ramte den 11. september 1940. Stibitz præsenterede sin rapport om computeren på et møde af American Mathematical Society på Dartmouth College. Han arrangerede, at der også ville blive opsat en telegrafmaskine med telefonforbindelse til Complex Computer på Manhattan, 400 kilometer væk. De interesserede kunne komme hen til telegrafen, indtaste opgavebetingelserne på tastaturet og se, hvordan telegrafen magisk skrev resultatet ud på mindre end et minut. Blandt de, der prøvede nyheden, var John Mauchly og John von Neumann, som begge ville spille en vigtig rolle i vores fortsatte historie.
Deltagerne i mødet fik et kort glimt af fremtidens verden. Senere blev computere så dyre, at administratorer ikke længere kunne tillade dem at stå stille, mens brugeren kradsede sig på hagen foran kontrolpanelet og overvejede, hvad de skulle indtaste næste gang. I de næste 20 år ville forskere tænke over, hvordan man kunne skabe generelle computere, der altid ville vente på, at du indtastede data i dem, selv mens de arbejdede på noget andet. Og der ville gå yderligere 20 år, før denne interaktive beregningsmetode blev normalen.
Schtybits ved Dartmouths interaktive terminal i 1960'erne. Dartmouth College var en pioner inden for interaktive beregninger. Schtybits blev professor ved college i 1964.
Det er bemærkelsesværdigt, at på trods af de opgaver, han løste, var Complex Computer efter moderne standarder overhovedet ikke en computer. Den kunne udføre aritmetiske operationer med komplekse tal og kunne sandsynligvis løse andre lignende opgaver, men ikke generelle opgaver. Den var ikke programmerbar. Den kunne ikke udføre operationer i en vilkårlig rækkefølge eller gentage dem. Det var en lommeregner i stand til at udføre bestemte beregninger meget bedre end sine forgængere.
Med begyndelsen af Anden Verdenskrig blev der under Schtybits' ledelse i Bell skabt en række computere med navnene Model II, Model III og Model IV (Complex Computer fik navn Model I). De fleste af dem blev bygget på anmodning af National Defense Research Committee, ledet af den berømte Vannevar Bush. Schtybits forbedrede maskinsystemets design med hensyn til større alsidighed i funktioner og programmerbarhed.
For eksempel blev Ballistic Calculator (senere Model III) udviklet til behovene i anti-luftskyde systemer. Den blev taget i brug i 1944 i Fort Bliss, Texas. Enheden indeholdt 1400 relæer og kunne udføre et program af matematiske operationer, defineret af en sekvens af instruktioner på en lukket papirstrimmel. Data blev indgivet på en separat strimmel, mens tabeldata blev behandlet særskilt. Dette gjorde det muligt hurtigt at finde værdier, for eksempel for trigonometriske funktioner uden reelle beregninger. Ingeniører fra Bell udviklede specielle søgeskemaer (hunting circuits), der scannede strimlen fremad/bagud og søgte efter adressen på den nødvendige tabelværdi uafhængigt af beregninger. Schtybits fastslog, at hans computer Model III, der dag og nat klikkede relæer, erstattede 25-40 beregner.
Stativer med relæer Bell Model III
Maskinen Model V havde ikke haft tid til at blive brugt i militærtjeneste. Den blev endnu mere alsidig og kraftfuld. Hvis man vurderer antallet af computere, den kunne erstatte, var den cirka ti gange mere effektiv end Model III. Flere beregningsmoduler med 9000 relæer kunne modtage data fra flere stationer, hvor brugerne indtastede betingelser for forskellige opgaver. Hver station havde en båndlæser til indtastning af data og fem til instruktioner. Dette gjorde det muligt at kalde forskellige underprogrammer under beregningen af en opgave fra den primære bånd. Den primære kontrolmodul (i princippet svarende til et operativsystem) fordelte instruktionerne til beregningsmodulerne afhængigt af deres tilgængelighed, og programmerne kunne udføre betingede spring. Det var ikke længere bare en lommeregner.
Året med mirakler: 1937
1937 anses som et skelsættende år i computermaskinernes historie. I det år bemærkede Shannon og Stibitz ligheden mellem relæskemaer og matematiske funktioner. Disse opdagelser førte Bell Labs til at skabe en hel række vigtige digitale maskiner. Det var en form for — eller endda substitution, — hvor det ydmyge telefonrelæ, uden at ændre den fysiske form, blev et udtryk for abstrakt matematik og logik.
I samme år, i januarnummeret af udgivelsen Proceedings of the London Mathematical Society , blev der offentliggjort en artikel af den britiske matematiker Alan Turing "Om beregnelige tal anvendt på " (On Computable Numbers, With an Application to the Entscheidungsproblem). I denne artikel blev der beskrevet en universel beregningsmaskine: forfatteren hævdede, at den kunne udføre handlinger, der var logisk ækvivalente med handlinger udført af menneskelige computere. Turing, som året før var begyndt på sin ph.d. på Princeton University, var også fascineret af relæskemaer. Og ligesom Bush var han bekymret over den voksende trussel om krig med Tyskland. Derfor arbejdede han på et sidekryptografisk projekt — en binær multiplikator, der kunne bruges til at kryptere militære meddelelser. Turing byggede den af relæer, der blev samlet i universitetets mekaniske værksted.
I 1937 overvejede Howard Aiken den mulige automatiske beregningsmaskine. Harvard-Ph.d.-studerende i elektroteknik Aiken udførte mange beregninger ved hjælp af en mekanisk lommeregner og trykte bøger med matematiske tabeller. Han foreslog et design, der ville befri en fra denne rutine. I modsætning til de eksisterende beregningsenheder skulle det automatisk og cyklisk behandle processer ved at bruge resultaterne fra tidligere beregninger som inddata til de følgende.
I mellemtiden havde telekommunikationsingeniøren Akira Nakashima fra Nippon Electric Company siden 1935 undersøgt forbindelserne mellem relæskemaer og matematik. Endelig, i 1938, beviste han uafhængigt ækvivalensen af relæskemaer og Booleansk algebra, som Shannon havde opdaget året før.
I Berlin, Conrad Zuse, tidligere luftfartsingeniør, træt af de endeløse beregninger, der krævedes på arbejdet, søgte midler til at skabe en anden beregningsmaskine. Han kunne ikke få sin første mekaniske enhed – V1 – til at fungere pålideligt, så han ønskede at lave en relæcomputer, som han udviklede i samarbejde med sin ven, telekommunikationsingeniøren Helmut Schreyer.
Universaliteten af telefonrelæer, konklusionerne om matematisk logik og ønsket fra lysende sind om at befri sig fra det kedelige arbejde – alt dette flettede sig sammen og førte til fremkomsten af forestillingen om en ny type logisk maskine.
Et glemt generation
Frugterne af opdagelserne og udviklingerne fra 1937 måtte modne i flere år. Krigen viste sig at være det mest kraftfulde gødning, og med dens komme begyndte relæcomputere at dukke op, hvor som helst den nødvendige tekniske ekspertise fandtes. Matematisk logik blev et gitter for elektrisk teknik. Nye former for programmerbare beregningsmaskiner opstod – det første udkast til moderne computere.
Ud over Schtibitz-maskinerne kunne USA i 1944 prale af Harvard Mark I / IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), et resultat af Aikens forslag. Det dobbelte navn opstod på grund af forringede forhold mellem det akademiske miljø og industrien: alle gjorde krav på enheden. Mark I / ASCC brugte styre-rele-skemaer, men den primære aritmetiske enhed var bygget efter arkitekturen af IBM's mekaniske regnemaskiner. Maskinen blev oprettet til behovene i USA's skibsbyggerikontor. Dens efterfølger Mark II begyndte at arbejde i 1948 på den militære testbane, og dens operationer var udelukkende baseret på relæer — på 13.000 relæer.
Zuse byggede i løbet af krigen flere relæcomputere, der blev stadig mere komplekse. Kulminationen var V4, som ligesom Bell Model V omfattede installationer til at kalde underprogrammer og udførte betingede spring. På grund af mangel på materialer i Japan blev ingen af Nakashimas og hans landsmænds projekter realiseret i metal, indtil landet var genopbygget efter krigen. I 1950’erne finansierede det nyformede ministerium for udenrigshandler og industri oprettelsen af to relæmaskiner, hvoraf den anden var et monster med 20.000 relæer. Firmaet Fujitsu, der deltog i udviklingen, udviklede sine egne kommercielle produkter.
I dag er disse maskiner næsten helt glemt. Kun ét navn er tilbage i hukommelsen — ENIAC. Årsagen til glemselen har ikke noget at gøre med deres kompleksitet, eller muligheder, eller hastighed. De beregnings- og logiske egenskaber ved relæer, opdaget af videnskabsfolk og forskere, gælder for enhver type enhed, der kan fungere som en kontakt. Og så skete det, at der var en anden lignende enhed — elektronisk kontakt, der kunne aktivere hundreder af gange hurtigere end et relæ.
Betydningen af Anden Verdenskrig i historien om computere bør allerede være indlysende. Den mest grusomme krig blev et springbræt for udviklingen af elektroniske maskiner. Dens begyndelse frigav de nødvendige ressourcer til at overvinde de tydelige mangler ved elektroniske kontakter. Dominansen af elektromechaniske computere viste sig at være kortvarig. Ligesom titaner blev de styrtet af deres børn. Ligesom relæer opstod elektronisk switching på grund af behovene i telekommunikationsindustrien. For at forstå dens oprindelse må vi spole vores historie tilbage til begyndelsen af radioæraen.
Kilde: habr.com
