Meie kirjeldas automaatsete telefonikeskjaamade esilekerkimist, mida juhiti releeahelate abil. Seekord tahame rääkida sellest, kuidas teadlased ja insenerid arendasid releelülitusi digitaalsete arvutite esimeses – nüüdseks unustatud – põlvkonnas.
Relee kõrgpunktis
Kui mäletate, põhineb relee töö lihtsal põhimõttel: elektromagnet töötab metalllülitiga. Relee idee pakkusid 1830. aastatel iseseisvalt välja mitmed loodusteadlased ja telegraafiäri ettevõtjad. Seejärel, XNUMX. sajandi keskel, muutsid leiutajad ja mehaanikud relee telegraafivõrkude usaldusväärseks ja asendamatuks komponendiks. Just selles valdkonnas saavutas relee eluea haripunkti: see oli miniatuurne ja inseneride põlvkonnad lõid hulgaliselt matemaatika- ja füüsikakoolituse saanud disainilahendusi.
1870. sajandi alguses ei sisaldanud teatud tüüpi releed mitte ainult automaatsed lülitussüsteemid, vaid ka peaaegu kõik telefonivõrgu seadmed. Üks varasemaid kasutusviise telefonisides pärineb XNUMX. aastatest, käsitsi elektrikilpides. Kui abonent keeras telefoni käepidet (magneto käepidet), saadeti telefonikeskjaama signaal, mis lülitas segisti sisse. Blanker on relee, mille käivitamisel kukub telefonioperaatori lülituslauale metallklapp, mis annab märku sissetulevast kõnest. Seejärel pistis noor daam operaator pistiku pistikusse, relee lähtestati, misjärel oli võimalik uuesti tõsta klapp, mida elektromagnet selles asendis hoidis.
1924. aastaks kirjutasid kaks Belli inseneri, et tüüpiline manuaalne telefonijaam teenindas umbes 10 40 abonenti. Tema varustuses oli 65–10 tuhat releed, mille kogumagnetjõust piisas XNUMX tonni tõstmiseks. Suurtes masinlülititega telefonijaamades korrutati need omadused kahega. USA telefonisüsteemis kasutati miljoneid releesid ja nende arv kasvas pidevalt, kuna telefonikeskjaamad automatiseeriti. Üks telefoniühendus võib teenindada mõnest kuni mitmesajani releed – olenevalt kaasatud telefonijaamade arvust ja varustusest.
Bell Corporationi tootmisettevõtte Western Electricu tehased tootsid tohutul hulgal releed. Insenerid on loonud nii palju modifikatsioone, et kogenumad koerakasvatajad või tuvipidajad kadestaksid seda sorti. Relee töökiirust ja tundlikkust optimeeriti ning mõõtmeid vähendati. 1921. aastal tootis Western Electric peaaegu 5 miljonit sajast põhitüübist koosnevat releed. Kõige populaarsem oli E-tüüpi universaalrelee, lame, peaaegu ristkülikukujuline seade, mis kaalus mitukümmend grammi. Enamasti valmistati see stantsitud metallosadest, st see oli tootmises tehnoloogiliselt arenenud. Korpus kaitses kontakte tolmu ja naaberseadmete indutseeritud voolude eest: tavaliselt paigaldati releed üksteise lähedale, sadade ja tuhandete releetega riiulitesse. Kokku töötati välja 3 E-tüüpi varianti, millest igaüks oli erineva mähise ja kontakti konfiguratsiooniga.
Varsti hakati neid releesid kasutama kõige keerulisemates lülitites.
Koordinaatide lüliti
1910. aastal tekkis Gotthilf Betulanderil, riigiettevõtte Royal Telegrafverketi inseneril, mis kontrollis suuremat osa Rootsi telefoniturust (aastakümneid peaaegu kõike). Ta uskus, et suudab Telegrafverketi tegevuse tõhusust oluliselt parandada, ehitades täielikult releedel põhinevad automaatsed lülitussüsteemid. Täpsemalt releemaatriksitel: telefoniliinidega ühendatud terasvarraste võred, mille varraste ristumiskohtades on releed. Selline lüliti peaks olema kiirem, töökindlam ja hõlpsamini hooldatav kui libisevatel või pöörlevatel kontaktidel põhinevad süsteemid.
Veelgi enam, Betulander tuli välja ideega, et süsteemi valiku- ja ühendusosad on võimalik eraldada iseseisvateks releeahelateks. Ja ülejäänud süsteemi tuleks kasutada ainult kõnekanali loomiseks ja seejärel vabastada teise kõne haldamiseks. See tähendab, et Betulander tuli välja ideega, mida hiljem nimetati "ühiskontrolliks".
Ta nimetas sissetuleva kõne numbrit salvestavat vooluringi "salvestiks" (teine mõiste on register). Ja vooluringi, mis leiab ja "märgib" võrgus saadaoleva ühenduse, nimetatakse "markeriks". Autor patenteeris oma süsteemi. Mitmed sellised jaamad tekkisid Stockholmis ja Londonis. Ja 1918. aastal sai Betulander teada Ameerika uuendusest: koordinaatide lülitist, mille lõi Belli insener John Reynolds viis aastat varem. See lüliti oli väga sarnane Betulanderi disainiga, kuid see kasutas n+m hooldusrelee n+m maatrikssõlmed, mis oli telefonikeskjaamade edasiseks laiendamiseks palju mugavam. Kui ühendus loodi, kinnitas hoidik klaverikeelte "sõrmed" ja valikuriba liikus üle maatriksi, et ühenduda teise kõnega. Järgmisel aastal lülitas Bethulander selle idee oma kommutaatori kujundusse.
Kuid enamik insenere pidas Betulanderi loomingut kummaliseks ja tarbetult keeruliseks. Kui tuli aeg valida lülitussüsteem Rootsi suurimate linnade võrkude automatiseerimiseks, valis Telegrafverket Ericssoni väljatöötatud disaini. Betulanderi lüliteid kasutati vaid väikestes maapiirkondades asuvates telefonijaamades: releed olid töökindlamad kui Ericssoni lülitite mootoriga automaatika ega vajanud igas keskjaamas hooldustehnikuid.
Ameerika telefoniinseneridel oli selles küsimuses aga erinev arvamus. 1930. aastal jõudis Bell Labs Rootsi ja oli "koordinaatide vahetamise mooduli parameetritest väga muljet avaldanud". Pärast tagasipöördumist hakkasid ameeriklased kohe töötama selle kallal, mis sai tuntuks kui "koordinaatsüsteem nr 1", mis asendas suurtes linnades paneelilülitid. 1938. aastaks paigaldati New Yorki kaks sellist süsteemi. Peagi said need linna telefonikeskjaamade standardvarustuseks, kuni üle 30 aasta hiljem asendati need elektrooniliste lülititega.
X-Switchi nr 1 kõige huvitavam komponent oli Bellis välja töötatud uus, keerulisem marker. Taheti otsida mitme omavahel ühendatud koordinaatmooduli kaudu vaba marsruut helistajalt helistajani, luues seeläbi telefoniühenduse. Samuti pidi marker testima iga ühendust vaba/hõivatud oleku jaoks. See eeldas tingimusliku loogika rakendamist. Nagu kirjutas ajaloolane Robert Chapuis:
Valik on tingimuslik, kuna vaba ühendust hoitakse ainult siis, kui see annab juurdepääsu võrgule, mille väljundina on vaba ühendus järgmisele tasemele. Kui mitu ühenduste komplekti vastavad soovitud tingimustele, valib "eelisloogika" ühe [olemasolevatest] vähimatest ühendustest...
Koordinaatide lüliti on suurepärane näide tehnoloogiliste ideede ristviljastumisest. Betulander lõi oma täisrelee lüliti, seejärel täiustas seda Reynoldsi lülitusmaatriksiga ja tõestas saadud disaini toimivust. AT&T insenerid kujundasid hiljem selle hübriidlüliti ümber, täiustasid seda ja lõid koordinaatide süsteemi nr 1. Sellest süsteemist sai seejärel kahe varase arvuti komponent, millest ühte teatakse nüüd kui verstaposti andmetöötluse ajaloos.
Matemaatiline töö
Et mõista, kuidas ja miks releed ja nende elektroonilised nõod aitasid andmetöötlust revolutsiooniliselt muuta, vajame lühikest kõrvalekaldumist matemaatilise andmetöötluse maailma. Pärast seda selgub, miks on varjatud nõudlus arvutusprotsesside optimeerimise järele.
XNUMX. sajandi alguseks põhines kogu kaasaegse teaduse ja tehnika süsteem tuhandete matemaatilisi arvutusi teostavate inimeste tööl. Neid kutsuti arvutid (arvutid)[Segaduse vältimiseks kasutatakse seda terminit kogu tekstis kalkulaatorid. - Märge. per.]. 1820. aastatel lõi Charles Babbage (kuigi tema aparaadil olid ideoloogilised eelkäijad). Selle peamiseks ülesandeks oli matemaatiliste tabelite konstrueerimise automatiseerimine, näiteks navigeerimiseks (trigonomeetriliste funktsioonide arvutamine polünoomide lähendustega 0 kraadi, 0,01 kraadi, 0,02 kraadi jne juures). Suur nõudlus oli ka astronoomias matemaatiliste arvutuste järele: oli vaja töödelda taevasfääri fikseeritud aladel tehtud teleskoopvaatluste tooreid tulemusi (olenevalt vaatluste kellaajast ja kuupäevast) või määrata uute objektide orbiidid (nt. Halley komeet).
Alates Babbage'i ajast on vajadus arvutite järele hüppeliselt kasvanud. Elektriettevõtted pidid mõistma ülikeeruliste dünaamiliste omadustega jõuülekandesüsteemide käitumist. Bessemeri terasest valmistatud suurtükid, mis olid võimelised heitma mürske üle horisondi (ja seetõttu ei olnud sihtmärgi otsese vaatluse tõttu enam sihitud), nõudsid järjest täpsemaid ballistilisi laudu. Uusi statistilisi tööriistu, mis hõlmasid suurel hulgal matemaatilisi arvutusi (näiteks vähimruutude meetod), hakati üha enam kasutama nii teaduses kui ka kasvavas riigiaparaadis. Ülikoolid, valitsusasutused ja tööstusettevõtted lõid andmetöötlusosakonnad, mis tavaliselt värbasid naisi.
Mehaanilised kalkulaatorid ainult hõlbustasid arvutamist, kuid ei lahendanud seda. Kalkulaatorid kiirendasid aritmeetilisi tehteid, kuid iga keerukas teaduslik või inseneriülesanne nõudis sadu või tuhandeid tehteid, millest igaüks pidi kalkulaator (inimene) tegema käsitsi, salvestades hoolikalt kõik vahetulemused.
Uute lähenemisviiside tekkimisele matemaatiliste arvutuste probleemile aitasid kaasa mitmed tegurid. Noored teadlased ja insenerid, kes öösel valusalt oma ülesandeid arvutasid, tahtsid käsi ja silmi puhata. Projektijuhid olid eriti pärast Esimest maailmasõda sunnitud arvukate kalkulaatorite palkadeks üha rohkem raha välja käima. Lõpuks oli paljusid arenenud teaduslikke ja inseneriprobleeme raske käsitsi arvutada. Kõik need tegurid viisid arvutite seeria loomiseni, mille kallal töötati Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) elektriinseneri Vannevar Bushi juhtimisel.
Diferentsiaalanalüsaator
Kuni selle hetkeni on ajalugu sageli olnud isikupäratu, kuid nüüd hakkame rohkem rääkima konkreetsetest inimestest. Glory läks mööda paneelilüliti, E-tüüpi relee ja kontrollmarkeri vooluringi loojatest. Nende kohta pole säilinud isegi eluloolisi anekdoote. Ainus avalikult kättesaadav tõend nende elu kohta on nende loodud masinate fossiilsed jäänused.
Nüüd saame inimestest ja nende minevikust sügavamalt aru. Aga neid, kes kodus pööningutel ja töökodades kõvasti tööd tegid – Morse ja Vail, Bell ja Watson – enam ei kohta. Esimese maailmasõja lõpuks oli kangelaslike leiutajate ajastu peaaegu läbi. Thomas Edisonit võib pidada üleminekufiguuriks: oma karjääri alguses oli ta palgatud leiutaja ja selle lõpuks sai temast “leiutamistehase” omanik. Selleks ajaks oli kõige tähelepanuväärsemate uute tehnoloogiate väljatöötamine muutunud organisatsioonide – ülikoolide, ettevõtete uurimisosakondade, valitsuslaboratooriumide – pärusmaaks. Inimesed, kellest me selles osas räägime, kuulusid sellistesse organisatsioonidesse.
Näiteks Vannevar Bush. Ta saabus MIT-i 1919. aastal, kui ta oli 29-aastane. Veidi rohkem kui 20 aastat hiljem oli ta üks neist inimestest, kes mõjutas USA osalemist Teises maailmasõjas ja aitas suurendada valitsuse rahastamist, mis muutis igaveseks suhteid valitsuse, akadeemiliste ringkondade ning teaduse ja tehnoloogia arengu vahel. Kuid selle artikli jaoks oleme huvitatud masinate seeriast, mis töötati välja Bushi laboris alates 1920. aastate keskpaigast ja mille eesmärk oli lahendada matemaatiliste arvutuste probleem.
MIT, mis oli hiljuti kolinud Bostoni kesklinnast Cambridge'i Charles Riverfronti, oli tihedalt seotud tööstuse vajadustega. Bushil endal oli lisaks professuurile rahalisi huve mitmes elektroonikaäris. Seega ei tohiks teid üllatada, et probleem, mis sundis Bushi ja tema õpilased uue arvutusseadme kallal töötama, sai alguse energeetikast: ülekandeliinide käitumise simuleerimine tippkoormuse tingimustes. Ilmselgelt oli see vaid üks paljudest arvutite võimalikest rakendustest: kõikjal tehti tüütuid matemaatilisi arvutusi.
Busch ja tema kolleegid ehitasid esmalt kaks masinat, mida nimetatakse tooteintegraafideks. Kuid kõige kuulsam ja edukam MIT-i masin oli teine - diferentsiaalanalüsaatorvalmis 1931. aastal. Ta lahendas probleeme elektri ülekandega, arvutas välja elektronide orbiite, kosmilise kiirguse trajektoore Maa magnetväljas ja palju muud. Teadlased üle maailma, kes vajasid arvutusvõimsust, lõid 1930. aastatel kümneid diferentsiaalanalüsaatori koopiaid ja variante. Mõned - isegi Meccano'st (brändi Ameerika lastedisainerite ingliskeelne analoog ).
Diferentsiaalanalüsaator on analoogarvuti. Matemaatilised funktsioonid arvutati pöörlevate metallvarraste abil, millest igaühe pöörlemiskiirus peegeldas mingit kvantitatiivset väärtust. Mootor juhtis sõltumatut varrast - muutujat (tavaliselt tähistas see aega), mis omakorda pööras mehaaniliste ühenduste kaudu teisi vardaid (erinevaid diferentsiaalmuutujaid) ja sisendi pöörlemiskiiruse põhjal arvutati funktsioon. Arvutustulemused joonistati paberile kõverate kujul. Olulisemad komponendid olid integraatorid – ketastega pöörlevad rattad. Integraatorid saaksid arvutada kõvera integraali ilma tüütute käsitsi arvutamiseta.
Diferentsiaalanalüsaator. Integreeritud moodul - ülestõstetud kaanega, akna küljel on tabelid arvutuste tulemustega ja keskel - arvutusvarraste kompleks
Ükski analüsaatori komponent ei sisaldanud mingeid diskreetseid lülitusreleed ega digitaalseid lüliteid. Miks me siis sellest seadmest räägime? Vastus on neljas pere auto.
1930. aastate alguses hakkas Bush kurameerima Rockefelleri fondi, et saada raha analüsaatori edasiarendamiseks. Sihtasutuse loodusteaduste osakonna juhataja Warren Weaver ei olnud esialgu selles veendunud. Inseneriteadus ei olnud tema eriala. Bush aga rõhutas oma uue masina piiramatut potentsiaali teaduslikeks rakendusteks – eriti matemaatilise bioloogia, Weaveri lemmikprojekti alal. Bush lubas ka mitmeid analüsaatori täiustusi, sealhulgas "võimalust analüsaatorit kiiresti ühelt probleemilt teisele lülitada, nagu telefonikilp". 1936. aastal autasustati tema pingutusi 85 XNUMX dollari suuruse toetusega uue seadme ehitamiseks, mida hiljem nimetati Rockefelleri diferentsiaalanalüsaatoriks.
Praktilise kalkulaatorina ei olnud see analüsaator silmapaistev läbimurre. Bush, kellest sai MIT-i asepresident ja inseneriosakonna dekaan, ei saanud arenduse juhtimisele palju aega pühendada. Tegelikult loobus ta peagi ise, asudes Washingtonis Carnegie Instituudi esimehe kohuseid täitma. Bush tajus sõja lähenemist ning tal oli mitmeid teaduslikke ja tööstuslikke ideid, mis võiksid teenida relvajõudude vajadusi. See tähendab, et ta tahtis olla lähemal võimukeskusele, kus ta saaks tõhusamalt mõjutada teatud küsimuste lahendamist.
Samal ajal lahendasid uue konstruktsiooni dikteeritud tehnilised probleemid laboritöötajad ja peagi hakati neid suunama tööle sõjaliste probleemidega. Rockefelleri masin valmis alles 1942. aastal. Sõjavägi leidis, et see on kasulik suurtükiväe ballistikalaudade tootmiseks. Kuid peagi varjutati see seade puhtalt digitaalne arvutid - esitades numbreid mitte füüsiliste suurustena, vaid abstraktselt, lülitite positsioonide abil. Juhtus nii, et Rockefelleri analüsaator ise kasutas neid releeahelatest koosnevaid lüliteid üsna vähe.
Shannon
1936. aastal oli Claude Shannon vaid 20-aastane, kuid ta oli juba lõpetanud Michigani ülikooli bakalaureusekraadiga elektrotehnika ja matemaatika alal. Ta toodi MIT-i teadetetahvlile kinnitatud flaieriga. Vannevar Bush otsis uut abilist, kes töötaks diferentsiaalanalüsaatoriga. Shannon kandideeris kõhklemata ja hakkas peagi tegelema värskete probleemidega ning alles pärast seda hakkas uus seade kuju võtma.
Shannon ei sarnanenud Bushiga. Ta ei olnud ärimees, akadeemilise impeeriumi ehitaja ega administraator. Kogu oma elu armastas ta mänge, mõistatusi ja meelelahutust: malet, žongleerimist, labürinti, krüptogramme. Nagu paljud tema ajastu mehed, pühendus Shannon sõja ajal tõsisele ärile: ta töötas Bell Labsi valitsuse lepingu alusel, mis kaitses tema nõrka keha sõjaväekohustuse eest. Tema uurimused tulejuhtimise ja krüptograafia alal sel perioodil viisid omakorda põhjapaneva tööni infoteooria alal (mida me ei puuduta). 1950. aastatel, kui sõda ja selle tagajärjed vaibusid, naasis Shannon MIT-i õpetamise juurde, veetes oma vaba aega ümbersuunamistele: kalkulaator, mis töötas eranditult rooma numbritega; masin, mille sisselülitamisel ilmus sellest mehaaniline õlg ja lülitas masina välja.
Rockefelleri masina struktuur, millega Shannon kokku puutus, oli loogiliselt sama, mis 1931. aasta analüsaatoril, kuid see oli ehitatud täiesti erinevatest füüsilistest komponentidest. Busch mõistis, et vanemate masinate vardad ja mehaanilised hammasrattad vähendasid nende kasutamise efektiivsust: arvutuste tegemiseks tuli masin seadistada, mis nõudis vilunud mehaanikutelt palju töötunde.
Uus analüsaator on selle puuduse kaotanud. Tema disaini keskmes ei olnud varrastega laud, vaid koordinaatlüliti – Bell Labsi annetatud lisaprototüüp. Selle asemel, et edastada võimsust keskvõllilt, juhtis iga integreeritud moodul iseseisvalt elektrimootorit. Masina seadistamiseks uue probleemi lahendamiseks piisas lihtsalt releede seadistamisest koordinaatmaatriksis, et ühendada integraatorid soovitud järjekorras. Perforeeritud lindilugeja (laenatud teisest telekommunikatsiooniseadmest, teletaibirullist) luges masina konfiguratsiooni ja releeahel muutis lindilt saadud signaali maatriksi juhtsignaalideks – see oli nagu telefonikõnede seeria seadistamine integraatorid.
Uus masin ei olnud mitte ainult palju kiirem ja hõlpsamini seadistatav, vaid ka kiirem ja täpsem kui tema eelkäija. Ta suudab lahendada keerulisemaid probleeme. Tänapäeval võib seda arvutit pidada primitiivseks, isegi ekstravagantseks, kuid tol ajal tundus vaatlejatele olevat suurepärane – või võib-olla kohutav – intelligentsus.
Tegelikult on see matemaatiline robot. Elektritoitega automaat, mis on loodud mitte ainult selleks, et võtta inimajult maha raske arvutus- ja analüüsikoormus, vaid ka matemaatikaülesannete lahendamiseks ja lahendamiseks, mis ei ole vaimne lahendus.
Shannon keskendus paberlindilt andmete teisendamisele "aju" juhisteks ja selle toimingu eest vastutas releeahel. Ta juhtis tähelepanu vastavusele vooluringi struktuuri ja Boole'i algebra matemaatiliste struktuuride vahel, mida ta õppis Michiganis kõrgemal kursusel. See on algebra, mille operandid olid TÕE ja VALEja operaatorid JA, VÕI, EI jne Loogilistele väidetele vastav algebra.
Pärast 1937. aasta suve veetmist Manhattanil Bell Labsis (ideaalne koht releeahelate üle mõtlemiseks) töötades kirjutas Shannon oma magistritöö pealkirjaga "Relee- ja lülitusahelate sümboolne analüüs". Koos Alan Turingi eelmise aasta tööga pani Shannoni lõputöö aluse arvutusteadusele.
1940ndatel ja 1950ndatel ehitas Shannon mitu arvutus-/loogikamasinat: THROBAC Rooma arvutuskalkulaatori, male lõppmängumasina ja Theseuse, labürindi, mille kaudu liikus elektromehaaniline hiir (pildil)
Shannon avastas, et propositsiooniloogika võrrandite süsteemi saab otse mehaaniliselt teisendada releelülitite füüsiliseks ahelaks. Ta järeldas: "Peaaegu iga toiming, mida saab sõnadega kirjeldada piiratud arvu sammudega KUI, JA, VÕI jne, saab relee abil automaatselt teostada. Näiteks kaks järjestikku ühendatud juhitava lüliti releed moodustavad loogilise И: Vool liigub läbi põhijuhtme ainult siis, kui mõlemad elektromagnetid on lülitite sulgemiseks aktiveeritud. Samal ajal on kaks paralleelselt ühendatud releed VÕI: Vool voolab läbi põhiahela, aktiveerib üks elektromagnetitest. Sellise loogikaahela väljund võib omakorda juhtida teiste releede elektromagneteid, et tekitada keerukamaid loogikaoperatsioone nagu (A И B) või (C И G).
Shannon lõpetas oma väitekirja lisaga, kus oli mitu näidet tema meetodil loodud vooluringidest. Kuna Boole'i algebra toimingud on väga sarnased binaararitmeetika (st binaararvude kasutamise) toimingutega, näitas ta, kuidas saab relee ehitada "elektriliseks liitjaks binaarseks" - me nimetame seda binaarsummariks. Mõni kuu hiljem valmistas üks Bell Labsi teadlastest köögilauale sellise lisaseadme.
Stibitz
Manhattanil asuva Bell Labsi peakorteri matemaatikaosakonna teadur George Stibitz tõi 1937. aasta pimedal novembriõhtul koju kummalise varustuse. Kuivad akuelemendid, kaks väikest elektripirni riistvarakilpide jaoks ja paar U-tüüpi lamedat releed, mis leiti prügikastist. Mõne juhtme ja rämpsu lisamisega pani ta kokku seadme, mis suutis lisada kaks ühekohalist kahendarvu (mida kujutab sisendpinge olemasolu või puudumine) ja väljastada lambipirnide abil kahekohalise numbri: üks - sees, null - väljas. .
Binaarne Stiebitsi liitja
Stiebitzil, kes on hariduselt füüsik, paluti hinnata releemagnetite füüsikalisi omadusi. Tal polnud releedega varasemat kogemust ja seetõttu alustas ta nende kasutamise uurimisega Belli telefoniahelates. George märkas peagi sarnasusi mõne ahela ja binaararitmeetiliste tehte vahel. Intrigeerituna kogus ta oma kõrvalprojekti köögilauale.
Alguses äratas Stiebitzi relee nokitsemine Bell Labsi juhtide seas vähe huvi. Kuid 1938. aastal küsis uurimisrühma juht George'ilt, kas tema kalkulaatoreid saab kasutada aritmeetilisteks tehteteks kompleksarvudega (nt. a+biKus i on negatiivse arvu ruutjuur). Selgus, et Bell Labsi mitu arvutusosakonda juba ägasid, sest pidevalt tuli selliseid numbreid korrutada ja jagada. Ühe kompleksarvu korrutamiseks tuli lauakalkulaatoril teha neli aritmeetilist tehtet, jagamiseks 16 tehtet. Stibitz ütles, et suudab probleemi lahendada ja kavandas selliste arvutuste jaoks masinaahela.
Telefoniinsener Samuel Williamsi metallist kehastatud lõplikku kujundust nimetati Complex Number Computeriks – või lühendatult Complex Computeriks – ja see lasti turule 1940. aastal. Arvutamiseks kasutati 450 releed, vahetulemused salvestati kümnesse koordinaatlülitisse. Andmed sisestati ja võeti vastu rull-teletüübi abil. Bell Labsi osakonnad on paigaldanud kolm sellist teleprinterit, mis näitab suurt nõudlust arvutusvõimsuse järele. Releed, maatriks, teletaibid – igati oli see Belli süsteemi toode.
Complex Computeri parim tund tabas 11. septembril 1940. aastal. Stiebitz esitas aruande arvuti kohta Ameerika Matemaatika Seltsi koosolekul Dartmouthi kolledžis. Ta korraldas, et sinna paigaldati telegraafiline ühendus 400 kilomeetri kaugusel Manhattanil asuva Complex Computeriga. Soovijad said astuda teletaipmasina juurde, sisestada klaviatuuril probleemi tingimused ja näha, kuidas teletypewriter vähem kui minutiga tulemuse võluväel välja prindib. Uudsust testijate hulgas olid ka John Mauchly (John Mauchly) ja John von Neumann (John von Neumann), kellest igaühel on meie loo jätkumisel oluline roll.
Kohtumisel osalejad nägid põgusa pilgu tulevikumaailma. Hiljem läksid arvutid nii kalliks, et administraatorid ei saanud enam lubada neil tegevusetult istuda, kui kasutaja halduskonsooli ees lõuga kratsis ja mõtles, mida järgmiseks kirjutada. Järgmise 20 aasta jooksul mõtlevad teadlased, kuidas ehitada üldotstarbelisi arvuteid, mis ootavad alati, et te neisse andmeid sisestaksite, isegi kui töötate millegi muu kallal. Ja siis möödub veel 20 aastat, kuni sellest interaktiivsest andmetöötlusrežiimist saab päevakord.
Stiebits Dartmouthi interaktiivses terminalis 1960. aastatel. Dartmouthi kolledž oli interaktiivse andmetöötluse teerajaja. Stiebitzist sai kolledži professor 1964. aastal
On üllatav, et hoolimata probleemidest, mida see lahendab, ei ole Complex Computer tänapäevaste standardite järgi üldse arvuti. See võiks teha aritmeetilisi tehteid kompleksarvudega ja tõenäoliselt lahendada muid sarnaseid ülesandeid, kuid mitte üldotstarbelisi ülesandeid. See ei olnud programmeeritav. Ta ei saanud toiminguid teha juhuslikus järjekorras ega korduvalt. See oli kalkulaator, mis suutis teatud arvutusi teha palju paremini kui tema eelkäijad.
Teise maailmasõja puhkedes loodi Bellis Stibitzi juhtimisel rida arvuteid nimega Model II, Model III ja Model IV (Complex Computer sai vastavalt nimeks Model I). Enamik neist ehitati riigikaitse uurimiskomisjoni tellimusel ja seda juhtis ei keegi muu kui Vanevar Bush. Stiebitz parandas masinate paigutust funktsioonide suurema mitmekülgsuse ja programmeeritavuse osas.
Näiteks Ballistic Calculator (hilisem mudel III) töötati välja õhutõrje tulejuhtimissüsteemide vajadusteks. See asus tööle 1944. aastal Fort Blissis, Texases. Seade sisaldas 1400 releed ja suutis käivitada matemaatiliste toimingute programmi, mille määrasid silmustega paberlindil olevad juhised. Eraldi tarniti sisendandmetega lint ja eraldi tabeliandmed. See võimaldas ilma reaalsete arvutusteta kiiresti leida näiteks trigonomeetriliste funktsioonide väärtused. Belli insenerid töötasid välja spetsiaalsed jahiahelad, mis skaneerisid linti edasi/tagasi ja otsisid arvutustest sõltumata soovitud tabeli väärtuse aadressi. Stibitz leidis, et tema Model III arvuti, mis päeval ja öösel releed klõpsis, asendas 25–40 arvutit.
Bell Model III releeraamid
Model V autol polnud enam aega ajateenistust näha. See on muutunud veelgi mitmekülgsemaks ja võimsamaks. Kui hinnata arvutite arvu, mille see välja vahetas, siis oli see umbes kümme korda suurem kui Model III. Mitu 9 tuhande releega arvutusmoodulit võis vastu võtta sisendandmeid mitmest jaamast, kuhu kasutajad sisestasid erinevate ülesannete tingimused. Igas sellises jaamas oli üks lindilugeja andmete sisestamiseks ja viis juhiste jaoks. See võimaldas ülesande arvutamisel kutsuda pealindilt erinevaid alamprogramme. Peamine juhtmoodul (sisuliselt operatsioonisüsteemi analoog) jagas käsud arvutusmoodulite vahel olenevalt nende saadavusest ja programmid said teostada tingimuslikke harusid. See polnud enam lihtsalt kalkulaator.
Imede aasta: 1937
1937. aastat võib pidada pöördepunktiks arvutite ajaloos. Sel aastal märkasid Shannon ja Stiebitz sarnasusi releeahelate ja matemaatiliste funktsioonide vahel. Need avastused ajendasid Bell Labsi looma mitmeid olulisi digitaalseid masinaid. See oli omamoodi - või isegi asendamine - kui tagasihoidlik telefonirelee, muutmata oma füüsilist vormi, sai abstraktse matemaatika ja loogika kehastuseks.
Samal aastal väljaande jaanuarinumbris Londoni Matemaatika Seltsi toimetised avaldas Briti matemaatiku Alan Turingi artikli "Arvutatavatest numbritest seoses » (Arvutatavate numbrite kohta koos rakendusega Entscheidungsproblem). See kirjeldas universaalset arvutusmasinat: autor väitis, et see suudab sooritada toiminguid, mis on loogiliselt samaväärsed inimkalkulaatorite omadega. Eelmisel aastal Princetoni ülikooli aspirantuuri astunud Turingi huvitasid ka teateringid. Ja nagu Bush, tunneb ta muret kasvava sõja ohu pärast Saksamaaga. Nii võttis ta ette kolmanda osapoole krüptograafilise projekti, binaarkordaja, mida saaks kasutada sõjaliste sõnumite krüpteerimiseks. Turing ehitas selle ülikooli masinatöökojas valmistatud releedest.
Ka 1937. aastal mõtles Howard Aiken oletatavale automaatsele arvutile. Harvardi elektrotehnika magistrant Aiken tegi suure osa oma arvutustest vaid mehaanilise kalkulaatori ja trükkis matemaatika tabeliraamatutega. Ta pakkus välja disaini, mis sellest rutiinist lahti saaks. Erinevalt olemasolevatest arvutusseadmetest pidi see protsesse töötlema automaatselt ja tsükliliselt, kasutades eelmiste arvutuste tulemusi järgmiste sisendina.
Samal ajal oli telekommunikatsiooniinsener Akira Nakashima Nippon Electric Companys alates 1935. aastast uurinud seoseid releeahelate ja matemaatika vahel. Lõpuks tõestas ta 1938. aastal iseseisvalt releeahelate samaväärsust Boole'i algebraga, mille Shannon oli avastanud aasta varem.
Berliinis otsis tööl nõutavatest lõpututest arvutustest väsinud endine lennuinsener Konrad Zuse vahendeid teise arvuti ehitamiseks. Tal ei õnnestunud oma esimest mehaanilist seadet V1 usaldusväärselt tööle panna, mistõttu tahtis ta teha releearvuti, mille töötas välja koos oma sõbra, telekommunikatsiooniinsener Helmut Schreyeriga.
Telefonireleede universaalsus, järeldused matemaatilise loogika kohta, helgete peade soov vabaneda uimastavast tööst - kõik see põimus ja tõi kaasa uut tüüpi loogilise masina idee tekkimise.
Unustatud põlvkond
1937. aasta avastuste ja arengute viljad pidid küpsema mitu aastat. Sõda osutus kõige võimsamaks väetiseks ja selle tulekuga hakkasid releearvutid ilmuma kõikjal, kus oli olemas vajalik tehniline ekspertiis. Matemaatiline loogika sai elektrotehnika viinapuude võreks. Ilmusid programmeeritavate arvutusmasinate uued vormid – esimene visand kaasaegsetest arvutitest.
Lisaks Stiebitzi masinatele võis USA 1944. aastaks Aikeni ettepaneku tulemusel uhkustada Harvardi Mark I/IBM-i automaatse jadakontrolliga kalkulaatoriga (ASCC). Topeltnimi tekkis akadeemiliste ringkondade ja tööstuse vaheliste suhete halvenemise tõttu: kõik nõudsid seadmele õigusi. Mark I/ASCC kasutas relee juhtimisahelaid, kuid aritmeetika põhiüksus põhines IBM-i mehaaniliste kalkulaatorite arhitektuuril. Sõiduk loodi USA Laevaehitusbüroo vajadusteks. Selle järglane Mark II alustas tööd 1948. aastal mereväe katseobjektil ja kõik selle tegevused põhinesid täielikult releedel – 13 XNUMX releel.
Zuse ehitas sõja ajal mitu releearvutit, mis muutusid järjest keerukamaks. Kulminatsiooniks oli V4, mis, nagu ka Bell Model V, sisaldas seadistusi alamprogrammide kutsumiseks ja tingimuslike hüpete tegemiseks. Jaapanis valitseva materjalide nappuse tõttu ei kehastunud ükski Nakashima ja tema kaasmaalaste kujundus metallist enne, kui riik oli sõjast toibunud. 1950. aastatel rahastas vastloodud väliskaubandus- ja tööstusministeerium kahe releemasina loomist, millest teine oli 20 XNUMX releega koletis. Loomises osalenud Fujitsu on välja töötanud oma kommertstooted.
Tänapäeval on need masinad peaaegu täielikult unustatud. Mällu on jäänud vaid üks nimi – ENIAC (ENIAC). Unustamise põhjus ei ole seotud nende keerukuse, võimete ega kiirusega. Teadlaste ja teadlaste avastatud releede arvutuslikud ja loogilised omadused kehtivad igat tüüpi seadmete puhul, mis võivad toimida lülitina. Ja juhtus, et saadaval oli veel üks sarnane seade - elektrooniline lüliti, mis võiks töötada sadu kordi kiiremini kui relee.
Teise maailmasõja tähtsus arvutusmasinate ajaloos peaks olema juba ilmne. Kõige kohutavam sõda sai tõuke elektrooniliste masinate arendamiseks. Selle käivitamine vabastas ressursse, mis on vajalikud elektrooniliste lülitite ilmsete puuduste ületamiseks. Elektromehaaniliste arvutite valitsemisaeg oli lühiajaline. Nagu titaanid, kukutasid nad nende lapsed. Nagu releed, tekkis elektrooniline kommutatsioon telekommunikatsioonitööstuse vajadustest. Ja selleks, et teada saada, kust see pärit on, peame oma ajaloo tagasi kerima raadioajastu koidikule.
Allikas: www.habr.com