I vores beskrev fremkomsten af automatiske telefoncentraler, som blev styret af relækredsløb. Denne gang vil vi tale om, hvordan videnskabsmænd og ingeniører udviklede relækredsløb i den første - nu glemte - generation af digitale computere.
Relæ i toppunkt
Hvis du husker det, er driften af et relæ baseret på et simpelt princip: en elektromagnet driver en metalafbryder. Ideen om relæet blev foreslået selvstændigt i 1830'erne af flere naturforskere og iværksættere i telegrafbranchen. Så, i midten af det XNUMX. århundrede, gjorde opfindere og mekanikere relæet til en pålidelig og uundværlig komponent i telegrafnetværk. Det var i dette område, at stafettens liv nåede sit højdepunkt: det blev miniaturiseret, og generationer af ingeniører skabte et utal af designs, formelt uddannet i matematik og fysik.
I begyndelsen af det 1870. århundrede indeholdt ikke kun automatiske omkoblingssystemer, men næsten alt telefonnetudstyr en eller anden type relæ. En af de tidligste anvendelser inden for telefoni går tilbage til XNUMX'erne, i manuelle kontakter. Da abonnenten drejede telefonens håndtag (magneto-håndtag), blev der sendt et signal til telefoncentralen, der tændte for blenderen. Blenker er et relæ, der, når det udløses, på omstillingsbordet hos telefonoperatøren, faldt en metalskodde, hvilket indikerede et indgående opkald. Herefter satte operatøren stikket i stikket, relæet blev nulstillet, hvorefter det var muligt at hæve spjældet igen, som blev holdt i denne position af en elektromagnet.
I 1924, skrev to Bell-ingeniører, tjente en typisk manuel telefoncentral omkring 10 abonnenter. Hendes udstyr indeholdt 40-65 tusinde relæer, hvis samlede magnetiske kraft var "tilstrækkelig til at løfte 10 tons." I store telefoncentraler med maskinafbrydere blev disse egenskaber ganget med to. Mange millioner relæer blev brugt i hele det amerikanske telefonsystem, og deres antal steg støt, efterhånden som telefoncentraler blev automatiseret. Én telefonforbindelse kunne betjene fra nogle få til flere hundrede relæer - afhængigt af antallet og udstyret på de involverede telefoncentraler.
Fabrikkerne i Western Electric, Bell Corporations produktionsarm, producerede et stort udvalg af relæer. Ingeniører har lavet så mange modifikationer, at de mest sofistikerede hundeopdrættere eller dueelskere ville misunde denne sort. Driftshastigheden og følsomheden af relæet blev optimeret, dimensionerne blev reduceret. I 1921 producerede Western Electric næsten 5 millioner relæer af hundrede grundlæggende typer. Den mest massive var Type E universalrelæet, en flad, næsten rektangulær enhed, der vejede flere titusinder af gram. For det meste var det lavet af stemplede metaldele, det vil sige, at det var teknologisk avanceret i produktionen. Etuiet beskyttede kontakterne mod støv og inducerede strømme fra tilstødende enheder: normalt var relæerne monteret tæt på hinanden i stativer med hundreder og tusinder af relæer. I alt blev der udviklet 3 tusinde varianter af Type E, som hver adskilte sig i viklings- og kontaktkonfigurationer.
Snart begyndte disse relæer at blive brugt i de mest komplekse kontakter.
Koordinatafbryder
I 1910 fik Gotthilf Betulander, ingeniør ved Royal Telegrafverket, det statsejede selskab, der kontrollerede det meste af det svenske telefonmarked (næsten alle i årtier), en idé. Han mente, at han i høj grad kunne forbedre effektiviteten af Telegrafverkets drift ved at bygge automatiske koblingssystemer udelukkende baseret på relæer. Mere præcist, på relæmatricer: gitter af stålstænger forbundet til telefonlinjer, med relæer i skæringspunkterne mellem stængerne. En sådan kontakt skal være hurtigere, mere pålidelig og lettere at vedligeholde end systemer baseret på glidende eller roterende kontakter.
Desuden kom Bethulander med ideen om, at det er muligt at adskille de dele af systemet, der er ansvarlige for valg og tilslutning, i uafhængige relækredsløb. Og resten af systemet skal kun bruges til at etablere en talekanal og derefter frigøres til at betjene et andet opkald. Det vil sige, at Betulander kom med ideen, som senere blev kaldt "fælles kontrol" (fælles kontrol).
Han kaldte kredsløbet, der gemmer nummeret på det indgående opkald, "optager" (et andet udtryk er register). Og ordningen, der finder i gitteret og "markerer" den tilgængelige forbindelse, kaldte han "markøren". Forfatteren har patenteret sit system. Flere sådanne stationer dukkede op i Stockholm og London. Og i 1918 lærte Bethulander om en amerikansk innovation: tværstangskontakten, skabt af Bell-ingeniøren John Reynolds fem år tidligere. Denne switch var meget lig designet af Betulander, men den brugte n+m vedligeholdelsesrelæ n+m matrixknudepunkter, hvilket var meget mere bekvemt for yderligere udvidelse af telefoncentraler. Når en forbindelse blev etableret, klemte holdebjælken "fingrene" på klaverstrengene, og valgbjælken flyttede hen over matrixen for at forbinde til et andet opkald. Året efter indarbejdede Bethulander denne idé i sit kommutatordesign.
Men de fleste ingeniører anså Bethulanders skabelse for mærkelig og unødvendigt kompliceret. Da det blev tid til at vælge et koblingssystem til at automatisere netværkene i de største svenske byer, valgte Telegrafverket et design udviklet af Ericsson. Bethulander-omskiftere blev kun brugt i små telefoncentraler i landdistrikterne: relæerne var mere pålidelige end den motoriserede automatisering af Ericsson-kontakter og krævede ikke vedligeholdelsesteknikere på hver central.
Amerikanske telefoningeniører havde dog en anden mening om denne sag. I 1930 ankom Bell Labs til Sverige og var "meget imponeret over parametrene for koordinatskiftemodulet." Efter deres tilbagevenden begyndte amerikanerne straks at arbejde på, hvad der ville blive kendt som "koordinatsystem nr. 1", der erstattede panelafbrydere i store byer. I 1938 blev to sådanne systemer installeret i New York. De blev hurtigt standardudstyr til bytelefoncentraler, indtil over 30 år senere blev de erstattet af elektroniske kontakter.
Den mest interessante komponent i tværstang #1 var den nye, mere komplekse markør udviklet hos Bell. Det var hensigten at søge efter en fri rute fra den, der ringer til den, der ringer, gennem flere koordinatmoduler forbundet med hinanden, hvorved der blev oprettet en telefonforbindelse. Tokenet skulle også teste hver forbindelse for tilstanden "fri" / "optaget". Dette krævede anvendelse af betinget logik. Som historikeren Robert Chapuis skrev:
Valget er vilkårligt, fordi en fri forbindelse kun holdes, hvis den giver adgang til en skinne, der har en fri forbindelse til næste niveau som sin udgang. Hvis flere sæt forbindelser opfylder de ønskede betingelser, så vælger "prioritetslogikken" (præferencelogikken) en af de [eksisterende] mindste forbindelser ...
Tværstangen er et perfekt eksempel på krydsbefrugtning af teknologiske ideer. Betulander skabte sin all-relæ switch, og forbedrede den derefter med en Reynolds switch matrix og beviste, at det resulterende design fungerede. AT&T-ingeniører redesignede senere denne hybridswitch, forbedrede den og skabte koordinatsystemet nr. 1. Dette system blev derefter en del af to tidlige computere, hvoraf den ene nu er kendt som en milepæl i computerhistorien.
Matematiske beregninger (matematisk arbejde)
For at forstå, hvordan og hvorfor relæer og deres elektroniske fætre hjalp med at revolutionere databehandling, har vi brug for en kort digression ind i matematisk databehandlings verden. Herefter vil det blive klart, hvorfor der er et skjult krav om optimering af computerprocesser.
I begyndelsen af det XNUMX. århundrede var hele systemet med moderne videnskab og teknik baseret på arbejdet fra tusindvis af mennesker, der udførte matematiske beregninger. De blev kaldt computere (computere)[For at undgå forvirring vil udtrykket herefter blive brugt lommeregnere. - Bemærk. om.]. Tilbage i 1820'erne skabte Charles Babbage (selvom hans apparat havde ideologiske forgængere). Dens hovedopgave var at automatisere konstruktionen af matematiske tabeller, for eksempel til navigation (beregning af trigonometriske funktioner ved polynomielle tilnærmelser ved 0 grader, 0,01 grader, 0,02 grader osv.). Der var også en stor efterspørgsel efter matematiske beregninger i astronomi: det var nødvendigt at behandle de rå resultater af teleskopobservationer i faste områder af himmelsfæren (og afhængigheden af tidspunktet og datoen for observationer) eller at bestemme nye objekters kredsløb (for eksempel Halleys komet).
Siden Babbages tid er behovet for computere vokset eksponentielt. Elselskaber havde brug for at forstå adfærden af krafttransmissionssystemer med ekstremt komplekse dynamiske egenskaber. Kanoner lavet af Bessemer-stål, der var i stand til at kaste projektiler over horisonten (og derfor, på grund af direkte observation af målet, blev de ikke længere rettet), krævede stadig mere nøjagtige ballistiske tabeller. Nye statistiske værktøjer, der involverede en stor mængde matematiske beregninger (for eksempel mindste kvadraters metode) blev i stigende grad brugt både i videnskaben og i det voksende statsapparat. Universiteter, regeringskontorer og industrivirksomheder opstod computerafdelinger, der normalt rekrutterede kvinder.
Mekaniske regnemaskiner lettede kun opgaven med at beregne, men løste den ikke. Lommeregnere fremskyndede aritmetiske operationer, men enhver kompleks videnskabelig eller teknisk opgave krævede hundredvis eller tusindvis af operationer, som hver enkelt lommeregner (menneske) skulle udføre manuelt og omhyggeligt registrere alle mellemresultater.
Flere faktorer bidrog til fremkomsten af nye tilgange til problemet med matematiske beregninger. Unge videnskabsmænd og ingeniører, der smerteligt beregnede deres opgaver om natten, ønskede at hvile deres hænder og øjne. Projektledere blev tvunget til at udskyde flere og flere penge til lønningerne til adskillige lommeregnere, især efter Første Verdenskrig. Endelig var mange avancerede videnskabelige og tekniske problemer svære at beregne i hånden. Alle disse faktorer førte til oprettelsen af en række computere, som arbejde blev udført under ledelse af Vannevar Bush, en elektrisk ingeniør ved Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Differentialanalysator
Indtil dette punkt har historien ofte været upersonlig, men nu vil vi tale mere om specifikke personer. Glory gik uden om skaberne af panelkontakten, Type E-relæet og fiducial markørkredsløbet. Ikke engang biografiske anekdoter er bevaret om dem. Det eneste offentligt tilgængelige bevis på deres liv er de fossiliserede rester af de maskiner, de skabte.
Nu kan vi få en dybere forståelse af mennesker og deres fortid. Men vi vil ikke længere møde dem, der arbejdede hårdt på lofterne og værkstederne derhjemme – Morse og Vail, Bell og Watson. Ved slutningen af Første Verdenskrig var æraen med heroiske opfindere næsten forbi. Thomas Edison kan betragtes som en overgangsfigur: I begyndelsen af sin karriere var han ansat opfinder, og mod slutningen blev han ejer af en "opfindelsesfabrik". På det tidspunkt var udviklingen af de mest bemærkelsesværdige nye teknologier blevet organisationens domæne – universiteter, virksomheders forskningsafdelinger, offentlige laboratorier. De mennesker, vi vil tale om i dette afsnit, tilhørte sådanne organisationer.
For eksempel Vanivar Bush. Han ankom til MIT i 1919, da han var 29 år gammel. Lidt over 20 år senere var han blandt de mennesker, der påvirkede USA's involvering i Anden Verdenskrig og hjalp med at øge den offentlige finansiering, hvilket for altid ændrede forholdet mellem regering, akademi og udvikling af videnskab og teknologi. Men til formålet med denne artikel er vi interesseret i en række maskiner, der er blevet udviklet i Bush-laboratoriet siden midten af 1920'erne og havde til formål at løse problemet med matematiske beregninger.
MIT, som for nylig var flyttet fra det centrale Boston til Charles Riverfront i Cambridge, var tæt knyttet til industriens behov. Bush selv havde udover sit professorat økonomiske interesser i flere elektronikvirksomheder. Så det burde ikke overraske dig, at problemet, der fik Bush og hans elever til at arbejde på den nye computerenhed, stammer fra elindustrien: at simulere transmissionsledningernes adfærd under spidsbelastningsforhold. Dette var naturligvis kun en af de mange mulige anvendelser af computere: kedelige matematiske beregninger blev udført overalt.
Bush og hans kolleger byggede først to maskiner, som de kaldte produktintegrafer. Men den mest berømte og succesrige MIT-maskine var en anden - differentialanalysatorfærdig i 1931. Han løste problemer med transmission af elektricitet, beregnede elektronernes kredsløb, den kosmiske strålings baner i Jordens magnetfelt og meget mere. Forskere rundt om i verden, der havde brug for computerkraft, skabte snesevis af kopier og varianter af differentialanalysatoren i 1930'erne. Nogle - endda fra Meccano (den engelske analog af de amerikanske børnedesignere af mærket ).
Differentialanalysatoren er en analog computer. Matematiske funktioner blev beregnet ved hjælp af roterende metalstænger, hvis rotationshastighed afspejlede en vis kvantitativ værdi. Motoren aktiverede en uafhængig stang - en variabel (normalt repræsenterede det tid), som igen gennem mekaniske forbindelser roterede andre stænger (forskellige differentialvariable), og en funktion blev beregnet baseret på rotationshastigheden. Beregningsresultaterne blev tegnet på papir i form af kurver. De vigtigste komponenter var integratorer - hjul, der roterede med skiver. Integratorer kunne beregne integralet af en kurve uden kedelige manuelle beregninger.
Differentialanalysator. Integreret modul - med et hævet låg, fra siden af vinduet er der tabeller med resultaterne af beregninger, og i midten - et kompleks af computerstænger
Ingen af analysatorkomponenterne indeholdt diskrete koblingsrelæer eller digitale kontakter af nogen art. Så hvorfor taler vi om denne enhed? Svaret er fjerde familiebil.
I begyndelsen af 1930'erne begyndte Bush at bejle til Rockefeller Foundation for at få midler til at videreudvikle analysatoren. Warren Weaver, leder af fondens naturvidenskabelige afdeling, var i første omgang ikke overbevist. Engineering var ikke hans ekspertiseområde. Bush udråbte imidlertid det ubegrænsede potentiale i sin nye maskine til videnskabelige anvendelser - især i matematisk biologi, Weavers foretrukne projekt. Bush lovede også adskillige forbedringer til analysatoren, herunder "evnen til hurtigt at skifte analysatoren fra et problem til et andet, som et telefonomstillingsbord." I 1936 blev hans indsats belønnet med et tilskud på $85 til at bygge en ny enhed, der senere blev kaldt Rockefeller Differential Analyzer.
Som en praktisk lommeregner var denne analysator ikke et enestående gennembrud. Bush, der blev vicepræsident for MIT og dekan for ingeniørafdelingen, kunne ikke bruge meget tid på at lede udvikling. Faktisk trak han sig hurtigt tilbage og påtog sig hvervet som formand for Carnegie Institution i Washington. Bush fornemmede krigens tilgang, og han havde adskillige videnskabelige og industrielle ideer, der kunne tjene de væbnede styrkers behov. Det vil sige, at han ønskede at være tættere på magtens centrum, hvor han mere effektivt kunne påvirke løsningen af visse spørgsmål.
Samtidig blev de tekniske problemer dikteret af det nye design løst af laboratoriepersonale, og snart begyndte de at blive omdirigeret til at arbejde med militære opgaver. Rockefeller-maskinen blev først færdig i 1942. Militæret fandt det nyttigt til in-line produktion af ballistiske borde til artilleri. Men snart blev denne enhed overskygget rent digital computere - repræsenterer tal ikke som fysiske størrelser, men abstrakt, ved hjælp af kontaktpositioner. Det skete bare sådan, at Rockefeller-analysatoren selv brugte en del af disse kontakter, bestående af relækredsløb.
Shannon
I 1936 var Claude Shannon kun 20 år gammel, men han var allerede færdiguddannet fra University of Michigan med en bachelorgrad i to specialer: elektroteknik og matematik. Han blev bragt til MIT af en flyer, der var fastgjort til en opslagstavle. Vanivar Bush ledte efter en ny assistent til at arbejde på en differentialanalysator. Shannon søgte uden tøven og begyndte snart at arbejde på nye problemer, og først efter det begyndte den nye enhed at tage form.
Shannon lignede slet ikke Bush. Han var hverken forretningsmand, akademisk imperiumbygger eller administrator. Hele sit liv elskede han spil, puslespil og underholdning: skak, jonglering, labyrinter, kryptogrammer. Som mange mænd i hans æra, under krigen, helligede Shannon sig til en seriøs sag: han havde en stilling hos Bell Labs på en regeringskontrakt, som beskyttede hans skrøbelige krop mod militærudkastet. Hans forskning i brandkontrol og kryptografi i denne periode førte til gengæld til banebrydende arbejde med informationsteori (det vil vi ikke komme ind på). I 1950'erne, da krigen og dens eftervirkninger aftog, vendte Shannon tilbage til undervisningen på MIT og brugte sin fritid på underholdning: en lommeregner, der udelukkende arbejdede med romertal; en maskine, når den var tændt, dukkede en mekanisk arm op fra den og slukkede for maskinen.
Strukturen af Rockefeller-maskinen, som Shannon stødte på, var logisk den samme som analysatoren fra 1931, men den var bygget af helt andre fysiske komponenter. Bush indså, at stængerne og de mekaniske gear i ældre maskiner reducerede deres effektivitet: For at kunne udføre beregninger var det nødvendigt at tune maskinen, hvilket tog mange mandetimers arbejde af dygtige mekanikere.
Den nye analysator har mistet denne mangel. Kernen i hans design var ikke et bord med stænger, men en koordinatkontakt - en ekstra prototype doneret af Bell Labs. I stedet for at overføre strøm fra en central aksel, blev hvert integreret modul uafhængigt drevet af en elektrisk motor. For at sætte maskinen op til at løse et nyt problem, var det nok bare at konfigurere relæerne i koordinatmatricen for at forbinde integratorerne i den ønskede rækkefølge. En udstanset båndlæser (lånt fra en anden telekommunikationsenhed, en teletyperulle) læste maskinens konfiguration, og et relækredsløb konverterede signalet fra båndet til styresignaler for matrixen – det var som at oprette en række telefonopkald mellem kl. integratorer.
Den nye maskine var ikke kun meget hurtigere og nemmere at sætte op, men også hurtigere og mere præcis end sin forgænger. Hun kunne løse mere komplekse problemer. I dag kan denne computer blive betragtet som primitiv, endda ekstravagant, men dengang så det ud for iagttagere at være et stort - eller måske forfærdeligt - sind på arbejde:
Faktisk er det en matematisk robot. En elektrisk drevet automat designet til ikke blot at tage byrden af tunge beregninger og analyser fra den menneskelige hjerne, men til at kaste sig over og løse matematiske problemer ud over mental løsning.
Shannon koncentrerede sig om at konvertere dataene fra papirbåndet til instruktioner til "hjernen", og relækredsløbet var ansvarlig for denne operation. Han henledte opmærksomheden på overensstemmelsen mellem strukturen af kredsløbet og de matematiske strukturer af boolsk algebra, som han studerede i sit sidste år i Michigan. Dette er en algebra, hvis operander var SAND og FALSKog operatørerne OG, ELLER, IKKE osv. Algebra, svarende til logiske udsagn.
Efter at have tilbragt sommeren 1937 med at arbejde på Bell Labs på Manhattan (et ideelt sted at tænke på relækredsløb), skrev Shannon sin masterafhandling, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Sammen med Alan Turings arbejde året før dannede Shannons afhandling grundlaget for computermaskinevidenskab.
I 1940'erne og 1950'erne byggede Shannon flere computere/logiske maskiner: en THROBAC romersk regnemaskine, en skak slutspilsmaskine og Theseus, en labyrint drevet af en elektromekanisk mus (billedet)
Shannon opdagede, at systemet med propositionelle logiske ligninger direkte mekanisk kunne oversættes til et fysisk kredsløb af relæafbrydere. Han konkluderede: "Faktisk enhver operation, der kan beskrives i et begrænset antal trin ved hjælp af ord HVIS, OG, ELLER osv., kan udføres automatisk af relæer. For eksempel danner to styrede afbryderrelæer forbundet i serie en logisk И: Strøm vil kun flyde gennem hovedledningen, når begge elektromagneter aktiveres for at lukke kontakterne. Samtidig er to relæer forbundet i parallel form OR: Strøm løber gennem hovedkredsløbet, aktiveret af en af elektromagneterne. Udgangen af et sådant logisk kredsløb kan igen drive andre relæers elektromagneter til at producere mere komplekse logiske operationer som (A И B) eller (C И G).
Shannon afsluttede sin afhandling med et appendiks med flere eksempler på kredsløb skabt af hans metode. Da operationerne i boolsk algebra minder meget om aritmetiske operationer i binær (dvs. ved hjælp af binære tal), viste han, hvordan et relæ kunne samles til en "elektrisk adderer i binær" - vi kalder dette en binær adderer. Et par måneder senere lavede en af Bell Labs-forskerne sådan en hugorm på køkkenbordet.
Stibitz
George Stibitz, en forsker i matematikafdelingen ved Bell Labs hovedkvarter på Manhattan, bragte et mærkeligt sæt udstyr med hjem en mørk novemberaften i 1937. Tørre battericeller, to små pærer til hardware-skjolde og et par Type U flade relæer fundet i en skraldespand. Ved at tilføje nogle ledninger og noget skrammel samlede han en enhed, der kunne tilføje to enkeltcifrede binære tal (repræsenteret ved tilstedeværelsen eller fraværet af indgangsspænding) og udsende et tocifret tal ved hjælp af pærer: en - tændt, nul - slukket .
Binær Stiebits hugorm
Stiebitz, en fysiker af uddannelse, blev bedt om at evaluere relæmagneters fysiske egenskaber. Tidligere havde han slet ingen erfaring med relæer, og derfor begyndte han med at studere deres brug i Bell-telefonkredsløb. George bemærkede snart ligheder mellem nogle kredsløb og aritmetiske operationer med binære tal. Forvirret samlede han sit sideprojekt på køkkenbordet.
Til at begynde med vakte Stiebitz' relæ-flimmeri ringe interesse blandt Bell Labs-ledere. Men i 1938 spurgte lederen af forskergruppen George, om hans regnemaskiner kunne bruges til aritmetiske operationer på komplekse tal (f.eks. a+biHvor i er kvadratroden af et negativt tal). Det viste sig, at flere computerafdelinger hos Bell Labs allerede stønnede over, at de konstant skulle gange og dividere sådanne tal. Multiplikation af et komplekst tal krævede fire aritmetiske operationer på en desktop-lommeregner, division - 16 operationer. Stiebitz sagde, at han kunne løse problemet og designede en maskine til sådanne beregninger.
Det endelige design, legemliggjort i metal af telefoningeniør Samuel Williams, blev kaldt Complex Number Computer - eller Complex Computer for korte - og gik i produktion i 1940. Til beregninger blev der brugt 450 relæer, mellemresultater blev gemt i ti koordinatkontakter. Data blev indtastet og modtaget ved hjælp af en rulle teletype. Bell Labs afdelinger har installeret tre af disse teleprintere, hvilket indikerer et stort behov for computerkraft. Relæer, matrix, teletyper - på alle måder var det et produkt af Bell-systemet.
Den fineste time af Complex Computer slog til den 11. september 1940. Stiebitz præsenterede en rapport på computeren på et møde i American Mathematical Society på Dartmouth College. Han sørgede for, at der blev installeret en fjernskriver med telegrafforbindelse til Complex Computer på Manhattan, 400 kilometer væk. De, der ønskede det, kunne gå hen til en fjernskriver, indtaste betingelserne for problemet på tastaturet og se, hvordan fjernskriveren på mindre end et minut på magisk vis udskriver resultatet. Blandt dem, der testede nyheden, var John Mauchly (John Mauchly) og John von Neumann (John von Neumann), som hver vil spille en vigtig rolle i fortsættelsen af vores historie.
Mødedeltagerne så et kort glimt af fremtidens verden. Senere blev computere så dyre, at administratorer ikke længere kunne lade dem sidde inaktive, mens brugeren kløede sig på hagen foran en administrationskonsol og spekulerede på, hvad han skulle skrive næste gang. I de næste 20 år vil videnskabsmænd tænke på, hvordan man bygger computere til generelle formål, som altid vil vente på, at du indtaster data i dem, selv mens de arbejder på noget andet. Og så vil der gå yderligere 20 år, indtil denne interaktive computerform bliver tingenes orden.
Stiebits ved Dartmouth Interactive Terminal i 1960'erne. Dartmouth College var en pioner inden for interaktiv computing. Stiebitz blev universitetsprofessor i 1964
Det er overraskende, at Complex Computer på trods af de opgaver, den løser, efter moderne standarder slet ikke er en computer. Det kunne udføre aritmetik med komplekse tal og sandsynligvis andre lignende opgaver, men ikke generelle formål. Det var ikke programmerbart. Han kunne ikke udføre operationer tilfældigt eller gentagne gange. Det var en lommeregner, der var i stand til at udføre visse beregninger meget bedre end sine forgængere.
Med udbruddet af Anden Verdenskrig blev en række computere ved navn Model II, Model III og Model IV skabt ved Bell under ledelse af Stibitz (henholdsvis Complex Computer fik navnet Model I). De fleste af dem blev bygget efter anmodning fra National Defense Research Committee, og den blev ledet af ingen ringere end Vanevar Bush. Stiebitz forbedrede maskinernes layout i form af større funktionalsidighed og programmerbarhed.
For eksempel blev Ballistic Calculator (senere Model III) udviklet til behovene for antiluftskyts ildkontrolsystemer. Det blev taget i brug i 1944 i Fort Bliss, Texas. Enheden indeholdt 1400 relæer og kunne udføre et program af matematiske operationer bestemt af en række instruktioner på et løkkepapir. Et bånd med inputdata blev indsendt separat og tabeldata separat. Dette gjorde det muligt hurtigt at finde værdierne af for eksempel trigonometriske funktioner uden egentlige beregninger. Bell-ingeniører udviklede specielle jagtkredsløb, der scannede båndet frem/tilbage og ledte efter adressen på den ønskede tabelværdi, uanset beregningerne. Stiebits fandt ud af, at hans Model III-computer, der klikkede på relæer dag og nat, erstattede 25-40 lommeregnere.
Bell Model III relæstativer
Model V havde ikke tid til at besøge militærtjenesten. Den er blevet endnu mere alsidig og kraftfuld. Målt i forhold til antallet af computere, den erstatter, så var den omkring ti gange bedre end Model III. Flere computermoduler med 9 tusinde relæer kunne modtage inputdata fra flere stationer, hvor brugerne indtastede betingelserne for forskellige opgaver. Hver sådan station havde en båndlæser til dataindtastning og fem til instruktioner. Dette gjorde det muligt at kalde forskellige underrutiner ved beregning af en opgave fra hovedbåndet. Hovedkontrolmodulet (faktisk en analog af operativsystemet) distribuerede instruktioner til computermodulerne afhængigt af deres tilgængelighed, og programmer kunne udføre betingede spring. Det var ikke længere kun en lommeregner.
Miraklernes år: 1937
1937 kan betragtes som et vendepunkt i computernes historie. Det år bemærkede Shannon og Stiebitz ligheder mellem relækredsløb og matematiske funktioner. Disse resultater fik Bell Labs til at skabe en række vigtige digitale maskiner. Det var sådan set - eller endda udskiftning - da et beskedent telefonrelæ, uden at ændre dets fysiske form, blev legemliggørelsen af abstrakt matematik og logik.
Samme år i januarudgaven af publikationen Proceedings of the London Mathematical Society udgivet en artikel af den britiske matematiker Alan Turing "Om beregnelige tal ift » (Om beregnelige numre, med en applikation til Entscheidungsproblemet). Den beskrev en universel computermaskine: Forfatteren hævdede, at den kunne udføre handlinger, der logisk svarer til dem, der udføres af menneskelige regnemaskiner. Turing, der havde gået på kandidatskolen ved Princeton University det foregående år, var også fascineret af relækredsløb. Og ligesom Bush er han bekymret over den voksende trussel om krig med Tyskland. Så han påtog sig et tredjeparts kryptografisk projekt, en binær multiplikator, der kunne bruges til at kryptere militære beskeder. Turing byggede den af relæer lavet i universitetets maskinværksted.
Også i 1937 tænkte Howard Aiken på en formodet automatisk computer. Aiken, en Harvard elektroingeniørstuderende, lavede meget af sine beregninger med intet andet end en mekanisk lommeregner og trykte regnearksbøger. Han foreslog et design, der ville slippe af med denne rutine. I modsætning til eksisterende computerenheder skulle den behandle processer automatisk og cyklisk ved at bruge resultaterne af tidligere beregninger som input til de næste.
I mellemtiden, hos Nippon Electric Company, havde telekommunikationsingeniør Akira Nakashima forsket i forbindelserne mellem relækredsløb og matematik siden 1935. Endelig, i 1938, beviste han uafhængigt ækvivalensen af relækredsløb til boolsk algebra, som Shannon havde opdaget et år tidligere.
I Berlin ledte Konrad Zuse, en tidligere luftfartsingeniør, der var træt af de endeløse beregninger, der kræves på arbejdet, efter midler til at bygge en anden computer. Han var ikke i stand til at få sin første mekaniske enhed, V1, til at fungere pålideligt, så han ville lave en relæcomputer, som han udviklede sammen med sin ven, telekommunikationsingeniør Helmut Schreyer.
Universaliteten af telefonrelæer, konklusionerne om matematisk logik, lysten fra lyse sinds ønske om at slippe af med fordummende arbejde - alt dette flettet sammen og førte til fremkomsten af ideen om en ny type logisk maskine.
glemt generation
Frugterne af opdagelserne og udviklingen i 1937 måtte modnes i flere år. Krigen viste sig at være den kraftigste gødning, og med dens fremkomst begyndte relæcomputere at dukke op overalt, hvor den nødvendige tekniske ekspertise fandtes. Matematisk logik er blevet vingården for elektroteknik. Nye former for programmerbare computermaskiner opstod - det første udkast til moderne computere.
Ud over Stiebitz-maskinerne kunne USA i 1944 prale af Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), resultatet af Aikens forslag. Dobbeltnavnet opstod på grund af forringelsen af forholdet mellem det akademiske miljø og industrien: alle gjorde krav på enheden. Mark I/ASCC brugte relæstyrekredsløb, men det vigtigste aritmetiske modul blev bygget på IBMs mekaniske regnemaskinearkitektur. Maskinen blev skabt til behovene hos US Bureau of Shipbuilding. Dens Mark II-efterfølger begyndte at arbejde i 1948 på flådens teststed, og alle dens operationer var udelukkende baseret på relæer - 13 relæer.
Zuse byggede adskillige relæcomputere under krigen, stadig mere komplekse. Kulminationen var V4, der ligesom Bell Model V inkluderede opsætninger til at kalde subrutiner og lave betingede spring. På grund af mangel på materialer i Japan blev ingen af Nakashima og hans landsmænds design udført i metal, før landet var kommet sig over krigen. I 1950'erne finansierede det nydannede ministerium for udenrigshandel og industri oprettelsen af to relæmaskiner, hvoraf den anden var et monster med 20 relæer. Fujitsu, som var involveret i tilblivelsen, har udviklet sine egne kommercielle produkter.
I dag er disse maskiner næsten helt glemt. Kun ét navn er tilbage i hukommelsen - ENIAC (ENIAC). Årsagen til at glemme er ikke relateret til deres kompleksitet, evner eller hastighed. De beregningsmæssige og logiske egenskaber ved relæer opdaget af videnskabsmænd og forskere gælder for enhver form for enhed, der kan fungere som en switch. Og det skete så, at en anden lignende enhed var tilgængelig - elektronisk en kontakt, der kunne fungere hundredvis af gange hurtigere end et relæ.
Betydningen af Anden Verdenskrig i computermaskinernes historie burde allerede være indlysende. Den mest forfærdelige krig var drivkraften til udviklingen af elektroniske maskiner. Dens begyndelse frigjorde de ressourcer, der var nødvendige for at overvinde de åbenlyse mangler ved elektroniske kontakter. Dominansen af elektromekaniske computere var kortvarig. Ligesom titanerne blev de væltet af deres børn. Ligesom relæer stammer elektronisk omskiftning fra telekommunikationsindustriens behov. Og for at finde ud af, hvor det kom fra, er vi nødt til at spole vores historie tilbage til radiotidens begyndelse.
Kilde: www.habr.com