En nuestra se describió el auge de los interruptores telefónicos automáticos, que se controlaban mediante esquemas de relés. Esta vez queremos hablar sobre cómo los científicos e ingenieros desarrollaron los esquemas de relés en la primera generación de computadoras digitales, que ahora ya ha caído en el olvido.
Relé en su apogeo
Si recuerdas, el funcionamiento de un relé se basa en un principio simple: un electroimán opera un interruptor metálico. La idea del relé fue propuesta en los años 1830 de manera independiente por varios naturalistas y empresarios en el ámbito del telégrafo. Luego, a mediados del siglo XIX, inventores y mecánicos convirtieron el relé en un componente fiable e indispensable en las redes telegráficas. Fue en este ámbito donde la vida del relé alcanzó su apogeo: se miniaturizó y generaciones de ingenieros crearon innumerables diseños, formándose formalmente en matemáticas y física.
A principios del siglo XX, no solo los sistemas de conmutación automáticos, sino prácticamente todo el equipo de las redes telefónicas contenía algún tipo de relé. Una de las primeras aplicaciones en la comunicación telefónica se remonta a la década de 1870, en conmutadores manuales. Cuando un suscriptor giraba la manivela del teléfono (manivela de magneto), se enviaba una señal a la centralita, activando un relé. Este relé, al activarse, hacía caer una compuerta metálica en la mesa de conmutación del operador telefónico, lo que indicaba la recepción de una llamada entrante. En ese momento, la operadora insertaba un conector en el puerto, se restablecía el relé y luego se podía levantar nuevamente la compuerta, que se mantenía en esa posición gracias al electroimán.
En 1924, como mencionaron dos ingenieros de la compañía Bell, una típica central telefónica manual atendía alrededor de 10,000 suscriptores. Su equipo contenía entre 40,000 y 65,000 relés, cuya fuerza magnética total era "suficiente para levantar 10 toneladas". En las grandes centrales telefónicas con conmutadores automáticos, estas características se multiplicaban por dos. En todo el sistema telefónico de EE. UU. se usaban millones de relés, y su cantidad aumentaba constantemente a medida que las centrales telefónicas se automatizaban. Una conexión telefónica podía ser atendida por entre uno y varios cientos de relés, dependiendo de la cantidad y el equipamiento de las centrales telefónicas involucradas.
Las fábricas de Western Electric, parte de la estructura productiva de la corporación Bell, producían una enorme variedad de relés. Los ingenieros crearon tantas modificaciones que esta diversidad haría envidiar a los criadores más experimentados de perros o palomas. La velocidad de funcionamiento y la sensibilidad de los relés se optimizaban, mientras que sus dimensiones se reducían. En 1921, Western Electric fabricó casi 5 millones de relés de cien tipos principales. El más común era el relé universal Type E, un dispositivo plano y prácticamente rectangular que pesaba unos pocos gramos. En su mayor parte, se fabricaba a partir de piezas metálicas estampadas, es decir, era tecnológicamente avanzado en su producción. La carcasa protegía los contactos del polvo y de las corrientes inducidas por dispositivos adyacentes: los relés se montaban generalmente uno al lado del otro, en estantes con cientos y miles de relés. En total, se desarrollaron 3,000 variantes del Type E, cada una con diferentes configuraciones de bobinado y contactos.
Pronto estos relés comenzaron a ser utilizados en los conmutadores más complejos.
Conmutador de coordenadas
En 1910, Gottlilf Betulander, ingeniero de Royal Telegrafverket —la corporación estatal que controlaba la mayor parte del mercado telefónico sueco (prácticamente todo durante décadas)— tuvo una idea. Creía que podía mejorar significativamente la eficiencia de las operaciones de Telegrafverket mediante la construcción de sistemas de conmutación automáticos, completamente basados en relés. Más específicamente, en matrices de relés: rejillas de varillas de acero conectadas a líneas telefónicas, con relés en los puntos de intersección de las varillas. Este conmutador debería operar más rápido, ser más fiable y más fácil de mantener en comparación con los sistemas basados en contactos deslizantes o rotativos.
Además, Betulander concibió la idea de que se podían aislar las partes del sistema responsables de la selección y conexión, en esquemas de relés independientes. La parte restante del sistema debería utilizarse solo para establecer el canal de voz y luego liberarse para el mantenimiento de otra llamada. Es decir, Betulander llegó a la idea que más tarde se conoció como "control común" (common control).
Llamó a la configuración que almacena el número de la llamada entrante "registrador" (otro término es registro). Y a la configuración que encuentra en la rejilla y "marca" la conexión disponible, la denominó "marcador". El autor patentó su sistema. Varias de estas estaciones aparecieron en Estocolmo y Londres. En 1918, Betulander se enteró de una innovación estadounidense: un conmutador de coordenadas, creado por el ingeniero Bell, John Reynolds, cinco años antes. Este conmutador se parecía mucho al desarrollo de Betulander, pero utilizaba n + m reles para el mantenimiento n + m de nodos de matriz, lo que era mucho más conveniente para la expansión posterior de las centrales telefónicas. Al establecer la conexión, la barra de retención comprimía "dedos" de cuerdas de piano, mientras que la barra seleccionadora se movía a lo largo de la matriz para conectarse con otra llamada. Al año siguiente, Betulander implementó esta idea en el diseño de su conmutador.
Sin embargo, la mayoría de los ingenieros consideraban la creación de Betulander extraña y excesivamente complicada. Cuando llegó el momento de elegir un sistema de conmutación para la automatización de las redes de las principales ciudades suecas, Telegrafverket prefirió la construcción desarrollada por Ericsson. Los conmutadores de Betulander solo se usaban en pequeñas centrales telefónicas en áreas rurales: los relés eran más confiables que la automatización motorizada de los conmutadores de Ericsson y no requerían técnicos de mantenimiento en cada estación.
Sin embargo, los ingenieros telefónicos estadounidenses tenían una opinión diferente al respecto. En 1930, especialistas de Bell Labs viajaron a Suecia y quedaron "muy impresionados por las características del módulo de conmutación por coordenadas". Al regresar, los estadounidenses inmediatamente comenzaron a trabajar en lo que luego se conoció como "sistema de coordenadas n.º 1", que reemplazó a los conmutadores panelizados en las grandes ciudades. Para 1938, se habían instalado dos de esos sistemas en Nueva York. Pronto se convirtieron en equipos estándar para las centrales telefónicas urbanas, hasta que, más de 30 años después, fueron reemplazados por conmutadores electrónicos.
El componente más interesante del conmutador de coordenadas n.º 1 fue un nuevo marcador más complejo, desarrollado en Bell. Su propósito era encontrar una ruta libre desde el llamante hasta el llamado a través de varios módulos de coordenadas conectados entre sí, creando así una conexión telefónica. Además, el marcador debía probar cada conexión para determinar su estado de "libre" o "ocupado". Esto requería el uso de lógica condicional. Como escribió el historiador Robert Chapuis:
La selección es condicional porque una conexión libre se mantiene solo si proporciona acceso a la vía de coordenadas que tiene una conexión libre como salida hacia el siguiente nivel. Si varios conjuntos de conexiones cumplen las condiciones requeridas, entonces la "lógica preferencial" selecciona una de las [existentes] conexiones más limitadas...
El conmutador de coordenadas es un excelente ejemplo del enriquecimiento mutuo de ideas tecnológicas. Betulander creó su conmutador completamente relé, luego lo mejoró con la matriz de conmutación de Reynolds y demostró la viabilidad de la construcción resultante. Los ingenieros de AT&T más tarde rediseñaron este conmutador híbrido, lo mejoraron y crearon el sistema de coordenadas n.º 1. Luego, este sistema se convirtió en un componente de las primeras máquinas computacionales, una de las cuales es ahora conocida como un hito en la historia de la computación.
Cálculos matemáticos (Mathematical labor)
Para entender cómo y por qué los relés y sus primos electrónicos ayudaron a revolucionar la computación, necesitamos un breve vistazo al mundo de los cálculos matemáticos. Después de ello, será evidente por qué surgió una demanda oculta para optimizar los procesos de computación.
A principios del siglo XX, todo el sistema de ciencia e ingeniería moderna se basaba en el trabajo de miles de personas que realizaban cálculos matemáticos. Se les conocía como computadoras (computers) [Para evitar confusiones, a partir de ahora se utilizará el término calculadores. — Nota del traductor.] En la década de 1820, Charles Babbage creó (aunque su dispositivo tenía predecesores conceptuales). Su principal tarea era la automatización de la construcción de tablas matemáticas, por ejemplo, para la navegación (cálculo de funciones trigonométricas mediante aproximaciones polinómicas a 0 grados, 0,01 grados, 0,02 grados, etc.). También había una gran demanda de cálculos matemáticos en astronomía: era necesario procesar resultados crudos de observaciones telescópicas en áreas fijas de la esfera celeste (dependiendo del tiempo y la fecha de observaciones) o determinar órbitas de nuevos objetos (como el cometa Halley).
Desde los tiempos de Babbage, la necesidad de máquinas de cálculo ha crecido enormemente. Las compañías eléctricas necesitaban comprender el comportamiento de los sistemas de transmisión de energía con propiedades dinámicas extremadamente complejas. Los cañones de acero Bessemer, capaces de lanzar proyectiles más allá del horizonte (y por lo tanto, gracias a la observación directa del objetivo, ya no eran dirigidos), requerían tablas balísticas cada vez más precisas. Nuevas herramientas estadísticas, que implicaban un gran volumen de cálculos matemáticos (como el método de mínimos cuadrados), eran utilizadas cada vez más tanto en la ciencia como en la creciente burocracia estatal. En universidades, instituciones gubernamentales y corporaciones industriales se establecían departamentos de cálculo, en los que generalmente se empleaba a mujeres.
Las calculadoras mecánicas solo facilitaron la tarea de los cálculos, pero no la resolvieron. Las calculadoras aceleraron las operaciones aritméticas, pero cualquier tarea científica o ingenieril compleja requería cientos o miles de operaciones, cada una de las cuales debía ser realizada manualmente por el calculador (persona), registrando cuidadosamente todos los resultados intermedios.
La aparición de nuevos enfoques para el problema de los cálculos matemáticos fue impulsada por varios factores. Los jóvenes científicos e ingenieros, que pasaban noches tratando de resolver sus problemas, querían descansar sus manos y ojos. Los líderes de proyectos se vieron obligados a invertir cada vez más dinero en los salarios de numerosos calculadores, especialmente después de la Primera Guerra Mundial. Por último, muchas de las tareas científicas y de ingeniería más avanzadas eran extremadamente difíciles de resolver manualmente. Todos estos factores llevaron a la creación de series de máquinas calculadoras, que fueron desarrolladas bajo la dirección de Vannevar Bush, un ingeniero eléctrico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).
Analizador diferencial
Hasta este momento, la historia a menudo había sido despersonalizada, pero ahora comenzaremos a hablar más sobre personas concretas. La fama pasó de largo ante los creadores del conmutador de paneles, el relé Tipo E y el esquema del marcador de coordenadas. No se han conservado ni siquiera anécdotas biográficas sobre ellos. Las únicas evidencias accesibles de sus vidas son los restos fósiles de las máquinas que crearon.
Ahora podemos obtener una visión más profunda de las personas y su pasado. Pero ya no encontraremos a aquellos que trabajaron arduamente en áticos y talleres en sus hogares: Morse y Vail, Bell y Watson. Al final de la Primera Guerra Mundial, la era de los inventores heroicos casi había llegado a su fin. Thomas Edison puede considerarse una figura de transición: al principio de su carrera fue un inventor a sueldo, y al final se convirtió en propietario de una "fábrica de inventos". Para entonces, el desarrollo de las tecnologías más notables había pasado a ser dominio de organizaciones: universidades, departamentos de investigación de corporaciones, laboratorios gubernamentales. Las personas de las que hablaremos en esta sección pertenecían precisamente a dichas organizaciones.
Por ejemplo, Vannevar Bush. Llegó al MIT en 1919, cuando tenía 29 años. Un poco más de 20 años después, fue una de las personas que influyó en la participación de EE. UU. en la Segunda Guerra Mundial, y ayudó a aumentar la financiación estatal, lo que cambió para siempre las relaciones entre el gobierno, el ámbito académico y el desarrollo de la ciencia y la tecnología. Sin embargo, en el contexto del artículo, nos interesa una serie de máquinas que se desarrollaron en el laboratorio de Bush desde mediados de la década de 1920 y que estaban destinadas a resolver el problema de los cálculos matemáticos.
El MIT, que recientemente se trasladó de la parte central de Boston a la ribera del río Charles en Cambridge, estaba estrechamente relacionado con las necesidades de la industria. Bush, además de su labor como profesor, tenía intereses financieros en varias empresas del sector de la electrónica. Así que no debe sorprenderle que el problema que llevó a Bush y a sus estudiantes a trabajar en un nuevo dispositivo de cálculo surgiera en la industria energética: era necesario modelar el comportamiento de las líneas de transmisión de alta tensión en condiciones de carga máxima. Evidentemente, este fue solo uno de los muchos posibles usos de las máquinas computacionales: los tediosos cálculos matemáticos se realizaban en todas partes.
Bush y sus colegas primero construyeron dos máquinas que se llamaron integráfonos de producción (product integraphs). Pero la máquina más conocida y exitosa del MIT fue otra — analizador diferencial, completada en 1931. Resolucionó problemas de transmisión de energía eléctrica, calculó las órbitas de electrones, las trayectorias de radiación cósmica en el campo magnético de la Tierra y mucho más. Investigadores de todo el mundo, que necesitaban potencia de cálculo, crearon decenas de copias y variantes del analizador diferencial en la década de 1930. Algunos — incluso de Meccano (la versión inglesa de los populares juegos de construcción americanos de la marca ).
El analizador diferencial es una computadora analógica. Las funciones matemáticas se calculaban mediante varillas metálicas giratorias, cuya velocidad de rotación reflejaba un valor cuantitativo. Un motor accionaba una varilla independiente - la variable (generalmente representaba el tiempo), que a su vez, a través de conexiones mecánicas, giraba otras varillas (diferentes variables diferenciales), y sobre la base de la velocidad de entrada se calculaba la función. Los resultados de los cálculos se dibujaban en papel en forma de curvas. Los componentes más importantes eran los integradores: ruedas que giraban sobre discos. Los integradores podían calcular la integral de una curva sin los tediosos cálculos manuales.
Analizador diferencial. Módulo integral - con la tapa levantada, los escritorios con los resultados de los cálculos están dispuestos del lado de la ventana, y en el medio se encuentra un conjunto de varillas de cálculo.
Ninguno de los componentes del analizador contenía relés de conmutación discretos o algún tipo de interruptores digitales. Entonces, ¿por qué hablamos de este dispositivo? La respuesta la da el cuarto de la familia.
A principios de la década de 1930, Bush comenzó a acercarse a la Fundación Rockefeller para obtener financiación para el desarrollo posterior del analizador. Al principio, no logró convencer a Warren Weaver, el director del departamento de ciencias naturales de la fundación. La ingeniería no era de su competencia. Sin embargo, Bush publicitó el potencial ilimitado de su nueva máquina en relación con aplicaciones científicas, especialmente en biología matemática, el proyecto favorito de Weaver. Bush también prometió numerosas mejoras al analizador, incluyendo la "capacidad de cambiar rápidamente el analizador de un problema a otro, como un conmutador telefónico". En 1936, sus esfuerzos fueron recompensados con una subvención de 85 mil dólares, otorgada para la creación de un nuevo dispositivo que más tarde se llamaría el analizador diferencial de Rockefeller.
Como calculadora práctica, este analizador no fue un avance sobresaliente. Bush, que se convirtió en vicepresidente del MIT y decano de la facultad de ingeniería, no pudo dedicar mucho tiempo a liderar el desarrollo. De hecho, pronto se apartó, ocupándose de sus responsabilidades como presidente del Instituto Carnegie en Washington. Bush sentía la proximidad de la guerra y tenía varias ideas científicas y de producción que podrían servir a las necesidades de las fuerzas armadas. Es decir, quería estar más cerca del centro del poder, donde pudiera influir de manera más efectiva en la toma de decisiones sobre diversos asuntos.
Al mismo tiempo, los problemas técnicos dictados por la nueva construcción eran resueltos por el personal del laboratorio, y pronto comenzaron a ser desviados para trabajar en tareas militares. La máquina Rockefeller fue completada solo en 1942. Los militares la consideraron útil para la producción en serie de tablas balísticas para la artillería. Pero pronto este dispositivo quedó opacado por los puramente digitales ordenadores, que representaban los números no como magnitudes físicas, sino de forma abstracta, mediante posiciones de interruptores. Resultó que el propio analizador de Rockefeller utilizaba bastantes de esos interruptores, que consistían en circuitos de relés.
Shannon
En 1936, Claude Shannon solo tenía 20 años, pero ya había terminado en la Universidad de Michigan con un título de licenciatura en dos especialidades: ingeniería eléctrica y matemáticas. Su llegada al MIT fue impulsada por un folleto publicitario que estaba clavado en el tablón de anuncios. Vannevar Bush buscaba un nuevo asistente para trabajar en el analizador diferencial. Shannon no dudó en postularse y pronto comenzó a trabajar en nuevos problemas, y solo después de eso el nuevo dispositivo comenzó a tomar forma.
Shannon no se parecía en nada a Bush. No era ni empresario, ni constructor de un imperio académico, ni administrador. Durante toda su vida amó los juegos, rompecabezas y entretenimientos: ajedrez, malabarismo, laberintos, criptogramas. Al igual que muchos hombres de su época, durante la guerra Shannon se dedicó a un trabajo serio: ocupó un puesto en Bell Labs bajo contrato gubernamental, lo que protegió su frágil cuerpo de ser reclutado. Su investigación en control de disparos y criptografía durante ese tiempo dio lugar, a su vez, a un trabajo fundamental sobre la teoría de la información (no lo abordaremos aquí). En la década de 1950, cuando la guerra y sus secuelas se apaciguaron, Shannon regresó a enseñar en MIT, dedicando su tiempo libre a entretenimientos: una calculadora que funcionaba exclusivamente con números romanos; una máquina que, al encenderse, hacía aparecer un brazo mecánico que apagaba la máquina.
La estructura de la máquina Rockefeller con la que se encontró Shannon lógicamente permaneció igual que la del analizador de 1931, pero estaba construida con componentes físicos completamente diferentes. Bush entendió que las varillas y los engranajes mecánicos en las viejas máquinas disminuían la eficiencia de su uso: para realizar cálculos, era necesario ajustar la máquina, lo que requería muchas horas de trabajo de mecánicos calificados.
El nuevo analizador carecía de este defecto. Su diseño no se basaba en una mesa con varillas, sino en un conmutador de coordenadas: un prototipo adicional donado por Bell Labs. En lugar de transmitir potencia desde el eje central, cada módulo integrador era accionado independientemente por un motor eléctrico. Para configurar la máquina para resolver una nueva tarea, sólo era necesario ajustar los relés en la matriz de coordenadas para conectar los integradores en la secuencia adecuada. Un lector de cinta perforada (tomado de otro dispositivo de telecomunicaciones, el telégrafo de banda) leía la configuración de la máquina, y el circuito de relés convertía la señal de la cinta en señales de control para la matriz; esto era como establecer una serie de llamadas telefónicas entre los integradores.
La nueva máquina no solo era mucho más rápida y fácil de configurar, sino que también funcionaba más veloz y con mayor precisión que su predecesora. Podía resolver problemas más complejos. Hoy en día, esta computadora podría considerarse primitiva, incluso extravagante, pero en ese momento parecía a los observadores como una inteligencia monumental — o quizás horrible — que funcionaba con razonamiento.
En esencia, es un robot matemático. Un autómata accionado por electricidad, creado no solo para liberar al cerebro humano de la carga de densos cálculos y análisis, sino también para abordar problemas matemáticos que eran inaccesibles a la solución mental y resolverlos.
Shannon se concentró en convertir datos de una cinta de papel en instrucciones para el "cerebro", y eso era responsabilidad del circuito de relés. Se dio cuenta de la correspondencia entre la estructura del circuito y las estructuras matemáticas del álgebra booleano, que había estudiado en el último año en Michigan. Este álgebra tenía como operandos VERDAD y FALSO, y como operadores — Y, O, NO etc. Un álgebra que correspondía a afirmaciones lógicas.
Pasando el verano de 1937 trabajando en Bell Labs en Manhattan (un lugar ideal para reflexionar sobre circuitos de relés), Shannon escribió su tesis de maestría titulada "Análisis simbólico de circuitos de relés y conmutación" (A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits). Junto con el trabajo de Alan Turing, creado un año antes, la tesis de Shannon sentó las bases de la ciencia de las máquinas computacionales.
En las décadas de 1940 y 1950, Shannon construyó varias máquinas computacionales/lógicas: una calculadora con numeración romana THROBAC, una máquina para finales de partidas de ajedrez y Theseus — un laberinto por el que se movía un ratón electromeánico (en la foto)
Shannon descubrió que el sistema de ecuaciones de lógica proposicional podría convertirse mecánicamente en un esquema físico de interruptores de relé. Concluyó: "Cualquier operación que pueda describirse en un número finito de pasos usando palabras SI, Y, O etc., puede realizarse automáticamente con relés." Por ejemplo, dos relés de interruptor controlados, conectados en serie, forman una lógica. Y: la corriente fluirá a través del cable principal solo cuando ambos electroimanes estén activados para cerrar los interruptores. Al mismo tiempo, dos relés conectados en paralelo forman OR: la corriente fluye por el circuito principal, activado por uno de los electroimanes. Las salidas de tal circuito lógico pueden, a su vez, controlar los electroimanes de otros relés para realizar operaciones lógicas más complejas como (A Y B) o (V Y G).
Shannon completó su disertación con una aplicación que contenía varios ejemplos de circuitos creados según su método. Dado que las operaciones del álgebra booleana son muy parecidas a las operaciones aritméticas en el sistema binario (es decir, utilizando números binarios), mostró cómo se podía construir un 'sumador eléctrico en el sistema binario' a partir de relés; nosotros lo llamamos sumador binario. Unos meses más tarde, uno de los científicos de Bell Labs hizo tal sumador en su mesa de cocina.
Stibitz
George Stibitz, un investigador del departamento de matemáticas de Bell Labs en Manhattan, llevó a casa un extraño conjunto de equipos en una oscura noche de noviembre de 1937. Baterías secas, dos pequeñas lámparas para cuadros de hardware y un par de relés planos de tipo U, encontrados en un basurero. Agregando algunos cables y un poco de chatarra, construyó un dispositivo que podía sumar dos números binarios de un solo dígito (representados por la presencia o ausencia de voltaje de entrada) y emitir un número de dos dígitos mediante lámparas: uno - encendido, cero - apagado.
Sumador binario de Stibitz
A Stibitz, físico de formación, le pidieron que evaluara las propiedades físicas de los relés magnéticos. Anteriormente, no tenía experiencia trabajando con relés, así que comenzó estudiando su uso en los circuitos telefónicos de Bell. Pronto, George notó una similitud entre algunos circuitos y las operaciones aritméticas con números binarios. Intrigado, montó su pequeño proyecto en la mesa de cocina.
Al principio, las travesuras de Stibitz con los relés no despertaron mucho interés en la dirección de Bell Labs. Pero en 1938, el jefe del grupo de investigación preguntó a George si sus calculadoras podían usarse para operaciones aritméticas con números complejos (por ejemplo, a + bi, donde i — raíz cuadrada de un número negativo). Resulta que varios departamentos de cómputo en Bell Labs ya estaban quejándose de que constantemente tenían que multiplicar y dividir tales números. Multiplicar un número complejo requería cuatro operaciones aritméticas en una calculadora de escritorio, y dividirlo — 16 operaciones. Stibitz dijo que podría resolver el problema y desarrolló un esquema de máquina para esos cálculos.
La construcción final, que fue realizada en metal por el ingeniero telefónico Samuel Williams, se llamó Computadora de Números Complejos — o Computadora Compleja para abreviar — y comenzó a funcionar en 1940. Para los cálculos se utilizaron 450 relés, y los resultados intermedios se guardaban en diez conmutadores de coordenadas. Los datos se introducían y recibían mediante una teletipo de rollo. En los departamentos de Bell Labs se instalaron tres de esos teletipos, lo que indica una gran necesidad de recursos computacionales. Relés, matrices, teletipos: en todos los aspectos, era un producto del sistema Bell.
El momento estelar de la Computadora Compleja ocurrió el 11 de septiembre de 1940. Stibitz presentó un informe sobre la computadora en una reunión de la Sociedad Matemática Americana en el Colegio de Dartmouth. Pactó que allí se instalaría un teletipo con conexión telegráfica a la Computadora Compleja en Manhattan, a 400 kilómetros de distancia. Los interesados podían acercarse al teletipo, introducir en el teclado las condiciones del problema y ver cómo, en menos de un minuto, el teletipo imprimía mágicamente el resultado. Entre aquellos que probaron la novedad estaban John Mauchly y John von Neumann, cada uno de los cuales desempeñaría un papel importante en el desarrollo de nuestra historia.
Los participantes de la reunión vieron un atisbo breve del futuro. Más tarde, las computadoras se volvieron tan caras que los administradores ya no podían permitirse dejarlas sin uso, mientras el usuario se rasca la barbilla frente a la consola, preguntándose qué escribir a continuación. Durante los siguientes 20 años, los científicos pensarían en cómo crear computadoras de propósito general que siempre estarían esperando a que ingresaras datos, incluso trabajando en algo más. Y luego pasarían otros 20 años antes de que este modo interactivo de cálculos se volviera algo habitual.
El trabajo de Stibitz con el terminal interactivo de Dartmouth en la década de 1960. El Dartmouth College fue pionero en la computación interactiva. Stibitz se convirtió en profesor del colegio en 1964.
Es sorprendente que, a pesar de las tareas que resolvía, el Complex Computer no era, según los estándares modernos, una computadora en absoluto. Podía realizar operaciones aritméticas con números complejos y, probablemente, resolver otras tareas similares, pero no era para propósitos generales. No era programable. No podía ejecutar operaciones en un orden arbitrario o repetido. Era una calculadora capaz de realizar ciertos cálculos mucho mejor que sus predecesores.
Con el inicio de la Segunda Guerra Mundial, bajo la dirección de Stibitz, Bell creó una serie de computadoras con los nombres Model II, Model III y Model IV (el Complex Computer recibió el nombre de Model I). La mayoría de ellas fueron construidas a pedido del Comité Nacional de Investigación de Defensa, cuyo líder no era otro que Vannevar Bush. Stibitz mejoró el diseño de las máquinas en términos de mayor versatilidad de funciones y programabilidad.
Por ejemplo, el Ballistic Calculator (más tarde Model III) fue diseñado para las necesidades de los sistemas de control de artillería antiaérea. Entró en operación en 1944 en Fort Bliss, Texas. El dispositivo contenía 1400 relés y podía ejecutar un programa de operaciones matemáticas definido por una secuencia de instrucciones en una cinta de papel en bucle. Se suministraba por separado una cinta con datos de entrada y otra con datos tabulados. Esto permitía encontrar rápidamente valores, por ejemplo, de funciones trigonométricas sin cálculos reales. Los ingenieros de Bell desarrollaron circuitos de búsqueda (hunting circuits) que escaneaban la cinta adelante y atrás, buscando la dirección del valor tabulado requerido independientemente de los cálculos. Stibitz determinó que su computadora Model III, clickeando día y noche con relés, reemplazaba de 25 a 40 calculadoras.
Estantes con relés Bell Model III
La máquina Model V ya no tuvo la oportunidad de servir en el ejército. Se volvió aún más versátil y potente. Si evaluamos por la cantidad de computadoras que reemplazó, superaba aproximadamente diez veces a la Model III. Varios módulos computacionales con 9,000 relés podían recibir datos de múltiples estaciones, donde los usuarios ingresaban las condiciones de diferentes tareas. Cada una de estas estaciones contaba con un lector de cinta para la entrada de datos y cinco para las instrucciones. Esto permitía, al calcular la tarea desde la cinta principal, invocar diferentes subprogramas. El módulo de control principal (de hecho, análogo a un sistema operativo) distribuía las instrucciones entre los módulos computacionales según su disponibilidad, y los programas podían realizar saltos condicionales. Ya no era simplemente una calculadora.
Año de maravillas: 1937
El año 1937 se puede considerar un punto de inflexión en la historia de las máquinas computacionales. En ese año, Shannon y Stibitz notaron la similitud entre los circuitos de relés y las funciones matemáticas. Estas conclusiones llevaron a Bell Labs a crear una serie entera de máquinas digitales importantes. Era una especie de — o incluso sustitución—, cuando un humilde relé telefónico, sin cambiar su forma física, se convirtió en la encarnación de las matemáticas abstractas y la lógica.
Ese mismo año, en el número de enero de la publicación Proceedings of the London Mathematical Society se publicó un artículo del matemático británico Alan Turing titulado «Sobre los números computables aplicados a la » (On Computable Numbers, With an Application to the Entscheidungsproblem). En él, describía una máquina computacional universal: el autor afirmaba que podría realizar acciones lógicamente equivalentes a las llevadas a cabo por los humanos computacionales. Turing, quien el año anterior había ingresado al posgrado de la Universidad de Princeton, también estaba fascinado por los circuitos de relés. Y, al igual que Bush, preocupado por la creciente amenaza de guerra con Alemania. Por lo tanto, se dedicó a un proyecto de criptografía paralela: un multiplicador binario que podría utilizarse para cifrar mensajes militares. Turing lo construyó con relés, ensamblados en el taller mecánico de la universidad.
En 1937, Howard Aiken reflexionaba sobre una supuesta máquina de cálculo automática. Aiken, un estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica de Harvard, realizaba una parte considerable de los cálculos solo con una calculadora mecánica y libros impresos con tablas matemáticas. Propuso un diseño que eliminaría esta rutina. A diferencia de los dispositivos de cálculo existentes, debería procesar automáticamente y de manera cíclica, utilizando los resultados de cálculos anteriores como datos de entrada para los siguientes.
Mientras tanto, en Nippon Electric Company, el ingeniero de telecomunicaciones Akira Nakashima había estado investigando desde 1935 las conexiones entre circuitos de relés y matemáticas. Finalmente, en 1938, demostró por su cuenta la equivalencia de los circuitos de relés con el álgebra booleana, que Shannon había descubierto un año antes.
En Berlín, Konrad Zuse, un exingeniero aeronáutico cansado de los cálculos interminables requeridos en su trabajo, buscaba financiación para crear una segunda máquina de cálculo. No logró hacer funcionar de manera fiable su primer dispositivo mecánico, el V1, por lo que quería construir una computadora de relés, que desarrolló junto a su amigo, el ingeniero de telecomunicaciones Helmut Schreyer.
La versatilidad de los relés telefónicos, las conclusiones sobre la lógica matemática y el deseo de las mentes brillantes de liberarse del trabajo monótono se entrelazaron y llevaron a la concepción de una máquina lógica de un nuevo tipo.
Una generación olvidada
Los frutos de los descubrimientos y desarrollos de 1937 tuvieron que madurar durante varios años. La guerra resultó ser el fertilizante más poderoso y, con su llegada, las computadoras de relés comenzaron a aparecer en todos los lugares donde existía la experiencia técnica necesaria. La lógica matemática se convirtió en la retícula para las vides de la ingeniería eléctrica. Surgieron nuevas formas de máquinas de cálculo programables, el primer esbozo de las computadoras modernas.
Además de las máquinas Schickard, en 1944 los Estados Unidos podían alardear del Harvard Mark I / IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), resultado de la propuesta de Aiken. El nombre doble surgió debido al deterioro de las relaciones entre el mundo académico y la industria: todos reclamaban derechos sobre el dispositivo. El Mark I / ASCC utilizaba circuitos de relé para el control, pero el módulo aritmético principal se construyó según la arquitectura de las calculadoras mecánicas de IBM. La máquina fue creada para las necesidades de la oficina de construcción naval de EE. UU. Su heredera, el Mark II, comenzó a operar en 1948 en el campo de pruebas de la Marina, y todas sus operaciones se realizaban exclusivamente con relés — utilizando 13,000 relés.
Durante la guerra, Zuse construyó varias computadoras de relé, cada vez más complejas. La culminación fue el V4, que, al igual que el Bell Model V, incluía instalaciones para llamar subprogramas y realizaba saltos condicionales. Debido a la escasez de materiales, en Japón ninguna de las creaciones de Nakashima y sus compatriotas se materializó hasta que el país se recuperó de la guerra. En la década de 1950, el renovado Ministerio de Comercio Exterior e Industria financió la creación de dos máquinas de relé, siendo la segunda un monstruo con 20,000 relés. La empresa Fujitsu, que participó en su creación, desarrolló sus propios productos comerciales.
Hoy en día, estas máquinas están casi completamente olvidadas. Solo queda un nombre en la memoria: ENIAC. La razón del olvido no está relacionada con su complejidad, sus capacidades o su velocidad. Las propiedades computacionales y lógicas de los relés, descubiertas por científicos e investigadores, se aplican a cualquier tipo de dispositivos que puedan actuar como interruptores. Y así sucedió que había disponible otro dispositivo similar — un interruptor electrónico, que podía activarse cientos de veces más rápido que un relé.
La importancia de la Segunda Guerra Mundial en la historia de la vida de las máquinas computacionales debería ser ya evidente. La guerra más terrible impulsó el desarrollo de las máquinas electrónicas. Su inicio liberó los recursos necesarios para superar las evidentes desventajas de los interruptores electrónicos. El dominio de las computadoras electromecánicas resultó ser efímero. Al igual que los titanes, fueron derrocadas por sus propias creaciones. Al igual que los relés, la conmutación electrónica surgió gracias a las necesidades de la industria de telecomunicaciones. Y para averiguar de dónde provino, debemos retroceder en nuestra historia hasta los inicios de la era de la radio.
Fuente: habr.com
