En nia priskribis la pliiĝon de aŭtomataj telefoncentraloj, kiuj estis kontrolitaj per relajsocirkvitoj. Ĉi-foje ni volas paroli pri kiel sciencistoj kaj inĝenieroj disvolvis stafetajn cirkvitojn en la unua - nun forgesita - generacio de ciferecaj komputiloj.
Stafeto ĉe sia zenito
Se vi memoras, la funkciado de relajso baziĝas sur simpla principo: elektromagneto funkciigas metalan ŝaltilon. La ideo de la stafetado estis proponita sendepende en la 1830-aj jaroj de pluraj naturistoj kaj entreprenistoj en la telegrafa komerco. Tiam, en la mezo de la XNUMX-a jarcento, inventistoj kaj mekanikistoj turnis la relajson en fidindan kaj nemalhaveblan komponenton de telegrafretoj. Estis en ĉi tiu areo ke la vivo de la relajso atingis sian zeniton: ĝi estis miniaturigita, kaj generacioj de inĝenieroj kreis miriadon de dezajnoj, formale trejnitaj en matematiko kaj fiziko.
Komence de la 1870-a jarcento, ne nur aŭtomataj ŝaltilsistemoj, sed preskaŭ ĉiuj telefonretaj ekipaĵoj enhavis unu aŭ alian specon de relajso. Unu el la plej fruaj uzoj en telefonio devenas de la XNUMX-aj jaroj, en manaj ŝaltiloj. Kiam la abonanto tordis la tenilon de la telefono (magneta tenilo), oni sendis signalon al la telefoncentralo, enŝaltante la miksilon. Blenker estas relajso kiu, kiam ekigita, sur la ŝanĝtablo ĉe la telefonisto, metala obturatoro falis, kiu indikis envenantan vokon. Tiam la sinjorino operatoro enigis la ŝtopilon en la konektilon, la relajso estis rekomencigita, post kio eblis denove levi la dampilon, kiu estis tenita en ĉi tiu pozicio per elektromagneto.
Antaŭ 1924, du Bell-inĝenieroj skribis, tipa mana telefoncentralo servis proksimume 10 abonantojn. Ŝia ekipaĵo enhavis 40-65 mil relajsojn, kies totala magneta forto estis "sufiĉa por levi 10 tunojn". En grandaj telefoncentraloj kun maŝinŝaltiloj, ĉi tiuj karakterizaĵoj estis multobligitaj per du. Multaj milionoj da relajsoj estis uzitaj ĉie en la usona telefonsistemo, kaj ilia nombro pliiĝis konstante kiam telefoncentraloj estis aŭtomatigitaj. Unu telefona konekto povus servi de kelkaj ĝis kelkcent relajsoj - depende de la nombro kaj ekipaĵo de la telefoncentraloj koncernataj.
La fabrikoj de Western Electric, la produktadbrako de Bell Corporation, produktis enorman gamon da relajsoj. Inĝenieroj kreis tiom da modifoj, ke la plej altnivelaj hundobredistoj aŭ kolombamantoj envius ĉi tiun varion. La rapideco de operacio kaj sentemo de la relajso estis optimumigitaj, la dimensioj estis reduktitaj. En 1921, Western Electric produktis preskaŭ 5 milionojn da relajsoj de cent bazaj tipoj. La plej masiva estis la universala relajso Tipo E, plata, preskaŭ rektangula aparato, kiu pezis plurajn dekojn da gramoj. Plejparte, ĝi estis farita el stampitaj metalaj partoj, tio estas, ĝi estis teknologie progresinta en produktado. La kazo protektis la kontaktojn kontraŭ polvo kaj induktis fluojn de najbaraj aparatoj: kutime la relajsoj estis muntitaj proksime unu al la alia, en rakoj kun centoj kaj miloj da relajsoj. Entute, 3 mil variantoj de Tipo E estis evoluigitaj, ĉiu el kiuj diferencis en serpentumaj kaj kontaktaj agordoj.
Baldaŭ, ĉi tiuj relajsoj komencis esti uzataj en la plej kompleksaj ŝaltiloj.
Koordinata ŝaltilo
En 1910, Gotthilf Betulander, inĝeniero ĉe la Reĝa Telegrafverket, la ŝtata entrepreno kiu kontrolis la plej grandan parton de la sveda telefonmerkato (preskaŭ ĉio dum jardekoj), havis ideon. Li kredis ke li povis multe plibonigi la efikecon de la operacioj de la Telegrafverket konstruante aŭtomatajn ŝanĝsistemojn tute bazitajn sur relajsoj. Pli precize, sur relajsmatricoj: kradoj de ŝtalaj stangoj konektitaj al telefonlinioj, kun relajsoj ĉe la intersekcoj de la stangoj. Tia ŝaltilo devus esti pli rapida, pli fidinda kaj pli facile konservebla ol sistemoj bazitaj sur glitantaj aŭ turnantaj kontaktoj.
Krome, Bethulander elpensis la ideon, ke eblas apartigi la partojn de la sistemo respondecaj pri elekto kaj konekto en sendependajn relajsajn cirkvitojn. Kaj la resto de la sistemo devas esti uzata nur por establi voĉan kanalon, kaj poste esti liberigita por servi alian vokon. Tio estas, Betulander venis al la ideo, kiu poste estis nomita "komuna kontrolo" (komuna kontrolo).
Li nomis la cirkviton kiu stokas la numeron de la envenanta voko "registrilo" (alia termino estas registro). Kaj la skemon kiu trovas en la krado kaj "markas" la disponeblan konekton, li nomis la "markilo". La aŭtoro patentis sian sistemon. Pluraj tiaj stacioj aperis en Stokholmo kaj Londono. Kaj en 1918, Bethulander eksciis pri amerika novigo: la krucstanga ŝaltilo, kreita de Bell-inĝeniero John Reynolds kvin jarojn pli frue. Ĉi tiu ŝaltilo estis tre simila al la dezajno de Betulander, sed ĝi uzis n+m bontena relajso n+m matricaj nodoj, kio estis multe pli oportuna por la plua vastiĝo de telefoncentraloj. Kiam ligo estis establita, la tenanta stango krampis la "fingrojn" de la pianokordoj, kaj la elektita stango moviĝis trans la matricon por ligi al alia voko. La sekvan jaron, Bethulander integrigis tiun ideon en sia komutildezajno.
Sed la plej multaj inĝenieroj konsideris la kreaĵon de Bethulander stranga kaj nenecese komplika. Kiam venis la tempo elekti ŝaltilon por aŭtomatigi la retojn de la plej grandaj svedaj urboj, Telegrafverket elektis dezajnon evoluigitan de Ericsson. Bethulander-ŝaltiloj estis nur uzitaj en malgrandaj telefoncentraloj en kamparaj lokoj: la relajsoj estis pli fidindaj ol la motorizita aŭtomatigo de Ericsson-ŝaltiloj kaj ne postulis prizorgajn teknikistojn ĉe ĉiu interŝanĝo.
Tamen usonaj telefonaj inĝenieroj havis alian opinion pri tiu ĉi afero. En 1930, Bell Labs alvenis en Svedio kaj estis "tre imponitaj kun la parametroj de la koordinata ŝanĝmodulo." Post sia reveno, la amerikanoj tuj komencis labori pri kio iĝus konata kiel "koordinatsistemo numero 1", anstataŭigante panelŝaltilojn en grandaj grandurboj. Antaŭ 1938, du tiaj sistemoj estis instalitaj en New York. Ili baldaŭ iĝis norma ekipaĵo por urbaj telefoncentraloj, ĝis pli ol 30 jarojn poste ili estis anstataŭigitaj per elektronikaj ŝaltiloj.
La plej interesa komponento de krucstango numero 1 estis la nova, pli kompleksa signo evoluigita ĉe Bell. Oni intencis serĉi senpagan vojon de la alvokanto al la vokita tra pluraj koordinataj moduloj ligitaj unu al la alia, pro kio kreiĝis telefona konekto. Ankaŭ, la ĵetono devis testi ĉiun konekton por la stato de "libera" / "okupata". Tio postulis la aplikon de kondiĉa logiko. Kiel historiisto Robert Chapuis skribis:
La elekto estas arbitra ĉar libera ligo estas nur tenita se ĝi disponigas aliron al relo kiu havas liberan ligon al la venonta nivelo kiel sia produktaĵo. Se pluraj aroj de ligoj kontentigas la deziratajn kondiĉojn, tiam la "prioritata logiko" (prefera logiko) elektas unu el la [ekzistantaj] plej malgrandaj ligoj ...
La krucstango estas perfekta ekzemplo de krucfekundigo de teknologiaj ideoj. Betulander kreis sian tute-relajsan ŝaltilon, tiam plibonigis ĝin kun Reynolds-ŝaltilmatrico kaj pruvis la rezultan dezajnon por funkcii. La inĝenieroj de AT&T poste restrukturis ĉi tiun hibridan ŝaltilon, plibonigis ĝin kaj kreis la koordinatsistemon numero 1. Tiu ĉi sistemo tiam iĝis komponento de du fruaj komputiloj, unu el kiuj nun estas konata kiel mejloŝtono en la historio de komputado.
Matematikaj kalkuloj (Matematika laboro)
Por kompreni kiel kaj kial relajsoj kaj iliaj elektronikaj kuzoj helpis revolucii komputadon, ni bezonas mallongan deturniĝon en la mondon de matematika komputiko. Post ĝi, evidentiĝos kial estas kaŝita postulo pri optimumigo de komputikaj procezoj.
Komence de la XNUMX-a jarcento, la tuta sistemo de moderna scienco kaj inĝenierado baziĝis sur la laboro de miloj da homoj, kiuj faris matematikajn kalkulojn. Oni vokis ilin komputiloj (komputiloj)[Por eviti konfuzon, ĉi-poste la termino estos uzata kalkuliloj. — Notu. per.]. Reen en la 1820-aj jaroj, Charles Babbage kreis (kvankam lia aparato havis ideologiajn antaŭulojn). Ĝia ĉefa tasko estis aŭtomatigi la konstruadon de matematikaj tabeloj, ekzemple, por navigado (kalkulo de trigonometriaj funkcioj per polinomaj aproksimadoj je 0 gradoj, 0,01 gradoj, 0,02 gradoj, ktp.). Estis ankaŭ granda postulo je matematikaj kalkuloj en astronomio: estis necese prilabori la krudajn rezultojn de teleskopobservoj en fiksaj regionoj de la ĉiela sfero (kaj la dependeco de la tempo kaj dato de observaĵoj) aŭ determini la orbitojn de novaj objektoj. (ekzemple, la kometo de Halley).
Ekde la tempo de Babbage, la bezono de komputiloj kreskis eksponente. Elektrokompanioj bezonis kompreni la konduton de potencotranssendosistemoj kun ekstreme kompleksaj dinamikaj trajtoj. Kanonoj el Bessemer-ŝtalo, kapablaj ĵeti ĵetaĵojn trans la horizonton (kaj tial, pro rekta observado de la celo, ili ne plu estis celitaj), postulis ĉiam pli precizajn balistikajn tablojn. Novaj statistikaj iloj kiuj implikis grandan kvanton da matematikaj kalkuloj (ekzemple, la metodo de malplej kvadratoj) estis ĉiam pli uzitaj kaj en scienco kaj en la kreskanta ŝtataparato. Universitatoj, registaraj oficejoj kaj industriaj korporacioj ekestis komputiksekciojn kiuj kutime rekrutis virinojn.
Mekanikaj kalkuliloj nur faciligis la taskon de komputado, sed ne solvis ĝin. Kalkuliloj akcelis aritmetikajn operaciojn, sed ĉiu kompleksa scienca aŭ inĝenierarta tasko postulis centojn aŭ milojn da operacioj, ĉiu el kiuj la kalkulilo (homo) devis plenumi mane, zorge registrante ĉiujn mezajn rezultojn.
Pluraj faktoroj kontribuis al la apero de novaj aliroj al la problemo de matematikaj kalkuloj. Junaj sciencistoj kaj inĝenieroj, kiuj dolore kalkulis siajn taskojn nokte, volis ripozi siajn manojn kaj okulojn. Projektestroj estis devigitaj elspezi pli kaj pli da mono por la salajroj de multaj kalkuliloj, precipe post la unua mondmilito. Finfine, multaj progresintaj sciencaj kaj inĝenieristikproblemoj estis malfacile komputeblaj permane. Ĉiuj ĉi tiuj faktoroj kaŭzis la kreadon de serio de komputiloj, pri kiu laboro estis farita sub la direkto de Vannevar Bush, elektroinĝeniero ĉe la Masaĉuseca Instituto de Teknologio (MIT).
Diferenciala Analizilo
Ĝis ĉi tiu punkto, la historio ofte estis nepersona, sed nun ni parolos pli pri specifaj homoj. Glory preteriris la kreintojn de la panelŝaltilo, la Tipo E-relajso kaj la fidomarkcirkvito. Pri ili eĉ ne biografiaj anekdotoj konserviĝis. La nuraj publike haveblaj pruvoj de ilia vivo estas la fosiliigitaj restaĵoj de la maŝinoj kiujn ili kreis.
Nun ni povas akiri pli profundan komprenon pri homoj kaj ilia pasinteco. Sed ni ne plu renkontos tiujn, kiuj multe laboris en la subtegmentoj kaj laborejoj hejme - Morse kaj Vail, Bell kaj Watson. Antaŭ la fino de XNUMX-a Mondmilito, la epoko de heroaj inventintoj preskaŭ finiĝis. Thomas Edison povas esti konsiderita transira figuro: komence de sia kariero li estis dungita inventisto, kaj direkte al la fino li iĝis la posedanto de "inventfabriko". Antaŭ tiu tempo, la evoluo de la plej rimarkindaj novaj teknologioj fariĝis la domajno de organizoj - universitatoj, entreprenaj esplorsekcioj, registaraj laboratorioj. La homoj, pri kiuj ni parolos en ĉi tiu sekcio, apartenis al tiaj organizaĵoj.
Prenu Vanivar Bush ekzemple. Li alvenis ĉe MIT en 1919 kiam li estis 29 jarojn maljuna. Iom pli ol 20 jarojn poste, li estis inter la homoj kiuj influis usonan implikiĝon en 1920-a Mondmilito, kaj helpis pliigi publikan financadon, kiu eterne ŝanĝis la rilaton inter registaro, akademiularo, kaj la evoluo de scienco kaj teknologio. Sed por la celoj de ĉi tiu artikolo, ni interesiĝas pri serio da maŝinoj kiuj estis evoluigitaj en la Bush-laboratorio ekde la mez-XNUMX-aj jaroj kaj estis intencitaj por solvi la problemon de matematikaj kalkuloj.
MIT, kiu ĵus moviĝis de centra Boston al la Charles Riverfront en Kembriĝo, estis proksime ligita al la bezonoj de la industrio. Bush mem, krom sia profesoreco, havis financajn interesojn en pluraj elektronikaj entreprenoj. Do ne devus surprizi vin, ke la problemo, kiu igis Bush kaj liajn studentojn labori pri la nova komputika aparato, originis de la elektroindustrio: simuli la konduton de transmisilinioj sub pinta ŝarĝokondiĉoj. Evidente, ĉi tio estis nur unu el la multaj eblaj aplikoj de komputiloj: ĉie efektiviĝis tedaj matematikaj kalkuloj.
Bush kaj liaj kolegoj unue konstruis du maŝinojn, kiujn ili nomis produktaj integraĵoj. Sed la plej fama kaj sukcesa MIT-maŝino estis alia - diferenciala analizilokompletigita en 1931. Li solvis problemojn pri la dissendo de elektro, kalkulis la orbitojn de elektronoj, la trajektoriojn de kosma radiado en la magneta kampo de la Tero, kaj multe pli. Esploristoj ĉirkaŭ la mondo, kiuj bezonis komputadpotencon, kreis dekduojn da kopioj kaj variaĵoj de la diferenciala analizilo en la 1930-aj jaroj. Iuj - eĉ de Meccano (la angla analogo de la usonaj infanaj dezajnistoj de la marko ).
La diferenciala analizilo estas analoga komputilo. Matematikaj funkcioj estis kalkulitaj uzante rotaciajn metalstangojn, la rotacia rapideco de ĉiu el kiuj reflektis iun kvantan valoron. La motoro funkciigis sendependan bastonon - variablon (kutime ĝi reprezentis tempon), kiu, siavice, per mekanikaj ligoj, rotaciis aliajn bastonojn (malsamajn diferencigajn variablojn), kaj funkcio estis kalkulita surbaze de la eniga rapido de rotacio. La kalkulrezultoj estis desegnitaj sur papero en formo de kurboj. La plej gravaj komponantoj estis integrigantoj - radoj, kiuj rotaciis per diskoj. Integrintoj povis kalkuli la integralon de kurbo sen tedaj manaj kalkuloj.
Diferenciala analizilo. Integra modulo - kun levita kovrilo, de la flanko de la fenestro estas tabeloj kun la rezultoj de kalkuloj, kaj en la mezo - komplekso de komputikaj bastonoj.
Neniu el la analizilkomponentoj enhavis diskretajn ŝanĝrelajsojn aŭ ciferecajn ŝaltilojn de iu speco. Do kial ni parolas pri ĉi tiu aparato? La respondo estas kvara familia aŭto.
En la fruaj 1930-aj jaroj, Bush komencis svati la Rockefeller Foundation por ricevi financadon por plue evoluigi la analizilon. Warren Weaver, estro de la natursciencosekcio de la fundamento, estis komence nekonvinkita. Inĝenieristiko ne estis lia fako. Tamen, Bush reklamis la senliman potencialon de sia nova maŝino por sciencaj aplikoj - precipe en matematika biologio, la plej ŝatata projekto de Weaver. Bush ankaŭ promesis multajn plibonigojn al la analizilo, inkluzive de "la kapablo rapide ŝanĝi la analizilon de unu problemo al alia, kiel telefona ŝaltpanelo." En 1936, liaj klopodoj estis rekompencitaj kun 85 USD stipendio por konstrui novan aparaton kiu poste estis nomita la Rockefeller Diferencial Analizilo.
Kiel praktika kalkulilo, ĉi tiu analizilo ne estis elstara sukceso. Bush, kiu iĝis vicprezidanto de MIT kaj dekano de la inĝenieristiko, ne povis dediĉi multe da tempo al gvidado de evoluo. Fakte, li baldaŭ retiriĝis, prenante la devontigon de prezidanto de la Carnegie Institution en Washington. Bush sentis la aliron de milito, kaj li havis plurajn sciencajn kaj industriajn ideojn kiuj povis servi la bezonojn de la armetrupoj. Tio estas, li volis esti pli proksime al la centro de potenco, kie li povis pli efike influi la solvon de certaj aferoj.
Samtempe, la teknikaj problemoj diktitaj de la nova dezajno estis solvitaj de laboratoriopersonaro, kaj baldaŭ ili komencis esti deturnitaj por labori pri militaj taskoj. La Rockefeller-maŝino estis kompletigita nur en 1942. La militistaro trovis ĝin utila por enlinia produktado de balistikaj tabloj por artilerio. Sed baldaŭ ĉi tiu aparato estis pure eklipsita cifereca komputiloj - prezentante nombrojn ne kiel fizikajn kvantojn, sed abstrakte, helpe de ŝaltilpozicioj. Okazis, ke la Rockefeller-analizilo mem uzis sufiĉe multajn el ĉi tiuj ŝaltiloj, konsistantaj el relajsaj cirkvitoj.
Shannon
En 1936, Claude Shannon havis nur 20 jarojn, sed li jam diplomiĝis ĉe la Universitato de Miĉigano kun bakalaŭro pri du fakoj: elektrotekniko kaj matematiko. Li estis alportita al MIT per flugfolio alpinglita al anonctabulo. Vanivar Bush serĉis novan asistanton por labori pri diferenciala analizilo. Shannon senhezite aplikis kaj baldaŭ komencis labori pri freŝaj problemoj, kaj nur post tio la nova aparato ekformiĝis.
Shannon tute ne aspektis kiel Bush. Li estis nek komercisto, nek akademia imperiokonstruisto, nek administranto. Dum sia tuta vivo li amis ludojn, enigmojn kaj amuzadon: ŝako, ĵonglado, labirintoj, kriptogramoj. Kiel multaj viroj de lia epoko, dum la milito, Shannon dediĉis sin al grava celo: li tenis pozicion ĉe Bell Labs en registarkontrakto, kiu protektis lian delikatan korpon de la armea skizo. Lia esplorado pri fajrokontrolo kaj kriptografio dum tiu ĉi periodo kondukis, siavice, al pionira laboro pri informa teorio (ni ne tuŝos tion). En la 1950-aj jaroj, kiam la milito kaj ĝiaj sekvoj trankviliĝis, Shannon revenis al instruado ĉe MIT, pasigante sian liberan tempon por distro: kalkulilo kiu funkciis ekskluzive kun romiaj ciferoj; maŝino, kiam enŝaltite, el ĝi aperis mekanika brako kaj malŝaltis la maŝinon.
La strukturo de la Rockefeller-maŝino kiun Shannon renkontis estis logike la sama kiel tiu de la analizilo de 1931, sed ĝi estis konstruita el tute malsamaj fizikaj komponentoj. Bush rimarkis, ke la bastonoj kaj mekanikaj ilaroj en pli malnovaj maŝinoj reduktis ilian efikecon: por plenumi kalkulojn, estis necese agordi la maŝinon, kiu postulis multajn homhorojn da laboro de lertaj mekanikistoj.
La nova analizilo perdis ĉi tiun mankon. Ĉe la koro de lia dezajno estis ne tablo kun bastonoj, sed koordinatŝaltilo - ekstra prototipo donacita de Bell Labs. Anstataŭ elsendado de potenco de centra ŝafto, ĉiu integra modulo estis sendepende movita per elektra motoro. Por agordi la maŝinon por solvi novan problemon, sufiĉis nur agordi la relajsojn en la koordinata matrico por konekti la integrilojn en la dezirata sinsekvo. Truita bendoleganto (pruntita de alia telekomunika aparato, teletiprulo) legis la konfiguracion de la maŝino, kaj relajsocirkvito konvertis la signalon de la bendo en kontrolsignalojn por la matrico - ĝi estis kiel starigado de serio de telefonvokoj inter integrigantoj.
La nova maŝino estis ne nur multe pli rapida kaj pli facile instalebla, sed ankaŭ pli rapida kaj preciza ol sia antaŭulo. Ŝi povus solvi pli kompleksajn problemojn. Hodiaŭ, ĉi tiu komputilo povas esti konsiderata primitiva, eĉ ekstravaganca, sed tiam ĝi ŝajnis al la observantoj ia granda - aŭ eble terura - laboranta inteligenteco:
Fakte, ĝi estas matematika roboto. Elektre funkciigita aŭtomato desegnita ne nur por forigi la ŝarĝon de peza komputado kaj analizo de la homa cerbo, sed ankaŭ por salti kaj solvi matematikajn problemojn preter mensa solvo.
Shannon koncentriĝis pri konvertado de la datenoj de la paperbendo en instrukciaĵon por la "cerbo", kaj la relajsocirkvito respondecis pri tiu operacio. Li atentigis pri la korespondado inter la strukturo de la cirkvito kaj la matematikaj strukturoj de Bulea algebro, kiun li studis en sia progresintjaro ĉe Miĉigano. Ĉi tio estas algebro kies operandoj estis VERA kaj MALSA, kaj la funkciigistoj KAJ, AŬ, NE ktp Algebro, responda al logikaj deklaroj.
Post pasigado de la somero de 1937 laborante ĉe Bell Labs en Manhatano (ideala loko por pensi pri relajsocirkvitoj), Shannon skribis la tezon de sia majstra, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Kune kun la laboro de Alan Turing la jaron antaŭe, la disertaĵo de Shannon formis la fundamenton de komputika maŝinscienco.
En la 1940-aj jaroj kaj 1950-aj jaroj, Shannon konstruis plurajn komputikajn/logikajn maŝinojn: THROBAC romia kalkulkalkulilo, ŝakfinludmaŝino, kaj Tezeo, labirinto movita per elektromekanika muso (bildigita)
Shannon malkovris ke la sistemo de propoziciaj logikaj ekvacioj povus esti rekte meĥanike tradukita en fizikan cirkviton de relajsŝaltiloj. Li konkludis: “Fakte, ajna operacio, kiu povas esti priskribita en finia nombro da paŝoj uzante vortojn SE, KAJ, AŬ ktp., povas esti aŭtomate plenumita per relajsoj. Ekzemple, du kontrolitaj ŝaltilrelajsoj ligitaj en serio formas logikan И: fluo fluos tra la ĉefa drato nur kiam ambaŭ elektromagnetoj estas aktivigitaj por fermi la ŝaltilojn. En la sama tempo, du relajsoj konektitaj en paralela formo Aŭ: kurento fluas tra la ĉefcirkvito, aktivigita de unu el la elektromagnetoj. La produktado de tia logika cirkvito povas siavice movi la elektromagnetojn de aliaj relajsoj por produkti pli kompleksajn logikoperaciojn kiel (A И B) aŭ (C И G).
Shannon finis sian disertaĵon kun apendico kun pluraj ekzemploj de cirkvitoj kreitaj per lia metodo. Ĉar la operacioj de bulea algebro estas tre similaj al tiuj de binara aritmetiko (t.e., uzante binarajn nombrojn), li montris kiel relajso povus esti konstruita en "elektran vidon en binara" - ni nomas tion binara supuro. Kelkajn monatojn poste, unu el la sciencistoj de Bell Labs faris tian vipuron sur la kuireja tablo.
Stibitz
George Stibitz, esploristo en la matematika fako en la ĉefsidejo de Bell Labs en Manhatano, alportis hejmen strangan ekipaĵon dum malhela novembra vespero en 1937. Sekaj bateriaj ĉeloj, du malgrandaj ampoloj por aparataj ŝildoj, kaj kelkaj plataj relajsoj de Tipo U trovitaj en rubujo. Aldonante kelkajn dratojn kaj iom da rubaĵo, li kunvenis aparaton kiu povis aldoni du unuciferajn binarajn nombrojn (reprezentitajn per la ĉeesto aŭ foresto de eniga tensio) kaj eligi duciferan nombron uzante ampolojn: unu - ŝaltita, nulo - malŝaltita. .
Binara Stiebits-viganto
Stiebitz, fizikisto per trejnado, estis petita taksi la fizikajn trajtojn de relajsmagnetoj. Antaŭe, li havis neniun sperton kun relajsoj entute, kaj tiel li komencis studante ilian uzon en Bell-telefoncirkvitoj. Georgo baldaŭ rimarkis similecojn inter iuj cirkvitoj kaj aritmetikaj operacioj kun binaraj nombroj. Intrigite, li kolektis sian flankan projekton sur la kuireja tablo.
Komence, la stafetado de Stiebitz vekis nur malmulte da intereso inter Bell Labs-oficuloj. Sed en 1938, la estro de la esplorgrupo demandis Georgo'n ĉu liaj kalkuliloj povus esti uzitaj por aritmetikaj operacioj sur kompleksaj nombroj (ekzemple, a+bikie i estas la kvadrata radiko de negativa nombro). Montriĝis, ke pluraj komputikaj fakoj ĉe Bell Labs jam ĝemis pro tio, ke ili konstante devis multobligi kaj dividi tiajn nombrojn. Multipliko de unu kompleksa nombro postulis kvar aritmetikajn operaciojn sur labortabla kalkulilo, divido - 16 operacioj. Stiebitz diris, ke li povus solvi la problemon kaj dizajnis maŝinon por tiaj kalkuloj.
La fina dezajno, enkarnigita en metalo fare de telefoninĝeniero Samuel Williams, estis nomita la Kompleksa Nombro-Komputo - aŭ mallonge Kompleksa Komputilo - kaj iris en produktadon en 1940. Por kalkuloj, 450 relajsoj estis uzitaj, mezaj rezultoj estis stokitaj en dek koordinatŝaltiloj. Datenoj estis enigitaj kaj ricevitaj per rula teletipo. Bell Labs-sekcioj instalis tri el tiuj teleprintiloj, indikante grandan postulon je komputa potenco. Relajsoj, matrico, teletajpioj - ĉiumaniere ĝi estis produkto de la Bell-sistemo.
La plej bona horo de Complex Computer strikis la 11-an de septembro 1940. Stiebitz prezentis raporton pri la komputilo ĉe kunveno de la Usona Matematika Societo ĉe Dartmouth College. Li aranĝis ke teletajpilo estu instalita tie kun telegrafa konekto al Complex Computer en Manhatano, 400 kilometrojn for. Tiuj, kiuj deziris, povis iri al teletajpilo, enigi la kondiĉojn de la problemo sur la klavaro, kaj vidi kiel, en malpli ol minuto, la teletajpilo magie presas la rezulton. Inter tiuj, kiuj testis la novecon, estis John Mauchly (John Mauchly) kaj John von Neumann (John von Neumann), el kiuj ĉiu ludos gravan rolon en la daŭrigo de nia rakonto.
La kunvenaj partoprenantoj vidis mallongan ekvidon de la estonta mondo. Poste, komputiloj iĝis tiel multekostaj ke administrantoj ne plu povis lasi ilin sidi senaktive dum la uzanto gratis sian mentonon antaŭ administra konzolo, pripensante kion tajpi poste. Dum la venontaj 20 jaroj, sciencistoj pripensos kiel konstrui ĝeneraluzeblajn komputilojn, kiuj ĉiam atendos vin enigi datumojn en ilin, eĉ dum ili laboras pri io alia. Kaj poste pasos pliaj 20 jaroj ĝis tiu ĉi interaga komputiko fariĝos la ordo de la aferoj.
Stiebits ĉe la Dartmouth Interaga Terminalo en la 1960-aj jaroj. Dartmouth College estis pioniro en interaga komputiko. Stiebitz iĝis kolegioprofesoro en 1964
Estas surprize, ke, malgraŭ la taskoj kiujn ĝi solvas, Kompleksa Komputilo laŭ modernaj normoj tute ne estas komputilo. Ĝi povus plenumi kompleksan nombro-aritmetikon kaj verŝajne aliajn similajn taskojn, sed ne ĝeneraluzeblajn. Ĝi ne estis programebla. Li ne povis fari operaciojn hazarde aŭ ripete. Ĝi estis kalkulilo kapabla fari iujn kalkulojn multe pli bone ol ĝiaj antaŭuloj.
Kun la ekapero de XNUMX-a Mondmilito, serio de komputiloj nomitaj Model II, Model III kaj Model IV estis kreitaj ĉe Bell sub la gvidado de Stibitz (Kompleksa Komputilo, respektive, estis nomita Model I). La plej multaj el ili estis konstruitaj laŭ la peto de la Nacia Defenda Esplorkomisiono, kaj ĝi estis gvidita fare de neniu krom Vanevar Bush. Stiebitz plibonigis la aranĝon de la maŝinoj laŭ pli granda funkcio ĉiuflankeco kaj programebleco.
Ekzemple, la Balistika Kalkulilo (pli posta Modelo III) estis evoluigita por la bezonoj de kontraŭaviadilaj fajrokontrolsistemoj. Ĝi estis komisiita en 1944 en Fort Bliss, Teksaso. La aparato enhavis 1400 relajsojn kaj povis efektivigi programon de matematikaj operacioj determinitaj per sekvenco de instrukcioj sur lopita paperbendo. Bendo kun enigdatenoj estis alsendita aparte, kaj tabelaj datumoj aparte. Ĉi tio ebligis rapide trovi la valorojn de, ekzemple, trigonometriaj funkcioj sen realaj kalkuloj. Sonorilaj inĝenieroj evoluigis specialajn ĉasajn cirkvitojn, kiuj skanis la bendon antaŭen / malantaŭen kaj serĉis la adreson de la dezirata tabelvaloro, sendepende de la kalkuloj. Stiebits trovis ke lia Model III-komputilo, klakante relajsojn tage kaj nokte, anstataŭigis 25-40 kalkuliloj.
Bell Model III Relajsa Rakoj
La modelo V ne havis tempon por viziti la militservon. Ĝi fariĝis eĉ pli diverstalenta kaj potenca. Se mezurite laŭ la nombro da komputiloj kiujn ĝi anstataŭigas, tiam ĝi estis proksimume dekoble pli alta ol la Modelo III. Pluraj komputikaj moduloj kun 9 mil relajsoj povis ricevi enigajn datumojn de pluraj stacioj, kie uzantoj eniris la kondiĉojn de malsamaj taskoj. Ĉiu tia stacio havis unu bendolegilon por dateneniro kaj kvin por instrukciaĵo. Tio ebligis voki diversajn subrutinojn dum kalkulado de tasko el la ĉefbendo. La ĉefa kontrolmodulo (fakte, analogo de la operaciumo) distribuis instrukciojn al la komputikmoduloj depende de ilia havebleco, kaj programoj povis fari kondiĉajn saltojn. Ĝi ne plu estis nur kalkulilo.
Jaro de Mirakloj: 1937
1937 povas esti konsiderita turnopunkto en la historio de komputiloj. Tiun jaron, Shannon kaj Stiebitz rimarkis similecojn inter relajsaj cirkvitoj kaj matematikaj funkcioj. Ĉi tiuj trovoj igis Bell Labs krei serion de gravaj ciferecaj maŝinoj. Estis ia - aŭ eĉ anstataŭaĵo - kiam modesta telefona stafeto, sen ŝanĝi sian fizikan formon, fariĝis enkorpiĝo de abstraktaj matematikoj kaj logiko.
En la sama jaro, en la januara numero de la eldonaĵo Procedoj de la Londona Matematika Societo publikigis artikolon de la brita matematikisto Alan Turing "Pri komputeblaj nombroj rilate al » (Pri Komputeblaj Nombroj, Kun Apliko al la Entscheidungsproblem). Ĝi priskribis universalan komputikan maŝinon: la aŭtoro argumentis, ke ĝi povas plenumi agojn logike ekvivalentajn al tiuj de homaj kalkuliloj. Turing, kiu membrigis gimnazion en Universitato Princeton la antaŭan jaron, ankaŭ estis intrigita per relajsocirkvitoj. Kaj, kiel Bush, li zorgas pri la kreskanta minaco de milito kun Germanio. Do li akceptis trian kriptografan projekton, binaran multiplikilon, kiu povus esti uzata por ĉifri militajn mesaĝojn. Turing konstruis ĝin de relajsoj faritaj en la maŝinbutiko de la universitato.
Ankaŭ en 1937, Howard Aiken pensis pri supozebla aŭtomata komputilo. Aiken, Harvard-elektroteknika studento, faris multon da siaj kalkuloj per nenio pli ol mekanika kalkulilo kaj presis matematikajn kalkultabellibrojn. Li proponis dezajnon kiu forigus ĉi tiun rutinon. Male al ekzistantaj komputikaj aparatoj, ĝi devis prilabori procezojn aŭtomate kaj cikle, utiligante la rezultojn de antaŭaj kalkuloj kiel enigaĵon por la venontaj.
Dume, ĉe la Nippon Electric Company, telekomunika inĝeniero Akira Nakashima esploris la ligojn inter relajsaj cirkvitoj kaj matematiko ekde 1935. Finfine, en 1938, li sendepende pruvis la ekvivalenton de relajsaj cirkvitoj al Bulea algebro, kiun Shannon malkovris jaron pli frue.
En Berlino, Konrad Zuse, iama aernaŭtika inĝeniero laca de la senfinaj kalkuloj bezonataj en la laboro, serĉis financon por konstrui duan komputilon. Li ne povis igi sian unuan mekanikan aparaton, la V1, funkcii fidinde, do li volis fari relajsan komputilon, kiun li evoluigis kun sia amiko, telekomunika inĝeniero Helmut Schreyer.
La universaleco de telefonaj relajsoj, la konkludoj pri matematika logiko, la deziro de brilaj mensoj forigi stultan laboron - ĉio ĉi interplektiĝis kaj kondukis al la apero de la ideo de nova speco de logika maŝino.
forgesita generacio
La fruktoj de la malkovroj kaj evoluoj de 1937 devis maturiĝi dum pluraj jaroj. La milito pruvis esti la plej potenca sterko, kaj kun sia apero, relajskomputiloj komencis ekaperi kie ajn la necesa teknika kompetenteco ekzistis. Matematika logiko fariĝis la vinberejo de elektrotekniko. Novaj formoj de programeblaj komputikmaŝinoj ekestis - la unua skizo de modernaj komputiloj.
Aldone al la Stiebitz-maŝinoj, antaŭ 1944 Usono povis fanfaroni pri la Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), la rezulto de la propono de Aiken. La duobla nomo estiĝis pro la malboniĝo de la rilatoj inter la akademia medio kaj industrio: ĉiuj postulis la aparaton. La Mark I/ASCC uzis relajsajn kontrolcirkvitojn, sed la ĉefa aritmetika modulo estis konstruita sur la IBM mekanika kalkulilarkitekturo. La maŝino estis kreita por la bezonoj de la Usona Oficejo pri Ŝipkonstruado. Ĝia Mark II-posteulo komencis labori en 1948 ĉe la testloko de la Mararmeo, kaj ĉiuj ĝiaj operacioj estis bazitaj sole sur relajsoj - 13 relajsoj.
Zuse konstruis plurajn relajskomputiloj dum la milito, ĉiam pli kompleksaj. La kulmino estis la V4, kiu, kiel la Bell Model V, inkludis aranĝojn por vokado de subrutinoj kaj farado de kondiĉaj saltoj. Pro manko de materialoj en Japanio, neniu el la dezajnoj de Nakashima kaj liaj samlandanoj estis enkarnigitaj en metalo ĝis la lando resaniĝis post la milito. En la 1950-aj jaroj, la lastatempe formita Ministerio de Ekstera Komerco kaj Industrio financis la kreadon de du stafetmaŝinoj, la dua el kiuj estis monstro kun 20 relajsoj. Fujitsu, kiu estis implikita en la kreado, evoluigis siajn proprajn komercajn produktojn.
Hodiaŭ ĉi tiuj maŝinoj estas preskaŭ tute forgesitaj. Nur unu nomo restas en memoro - ENIAC (ENIAC). La kialo de forgeso ne rilatas al ilia komplekseco, aŭ kapabloj, aŭ rapideco. La komputilaj kaj logikaj propraĵoj de relajsoj malkovritaj de sciencistoj kaj esploristoj validas por ajna speco de aparato kiu povas funkcii kiel ŝaltilo. Kaj okazis, ke alia simila aparato estis disponebla - elektronika ŝaltilo kiu povus funkcii centojn da fojoj pli rapide ol relajso.
La graveco de la dua mondmilito en la historio de komputikaj maŝinoj jam devus esti evidenta. La plej terura milito estis la impulso por la disvolviĝo de elektronikaj maŝinoj. Ĝia komenco liberigis la rimedojn necesajn por venki la evidentajn mankojn de elektronikaj ŝaltiloj. La domineco de elektromekanikaj komputiloj estis mallongdaŭra. Kiel la titanoj, ili estis faligitaj fare de siaj infanoj. Kiel relajsoj, elektronika ŝanĝado originis de la bezonoj de la telekomunika industrio. Kaj por ekscii de kie ĝi venis, ni devas rebobeni nian historion ĝis la krepusko de la radioaĝo.
fonto: www.habr.com