Dans notre a décrit l'essor des commutateurs téléphoniques automatiques, contrôlés à l'aide de circuits à relais. Cette fois, nous voulons parler de la façon dont les scientifiques et les ingénieurs ont développé des circuits de relais dans la première génération, aujourd'hui oubliée, d'ordinateurs numériques.
Le relais à son apogée
Si vous vous en souvenez, le fonctionnement d’un relais repose sur un principe simple : un électro-aimant actionne un interrupteur métallique. L'idée d'un relais a été proposée indépendamment par plusieurs naturalistes et entrepreneurs du secteur télégraphique dans les années 1830. Puis, au milieu du XIXe siècle, les inventeurs et les mécaniciens ont fait des relais un composant fiable et indispensable des réseaux télégraphiques. C'est dans ce domaine que la vie du relais a atteint son apogée : il a été miniaturisé et des générations d'ingénieurs ont créé une myriade de modèles tout en suivant une formation formelle en mathématiques et en physique.
Au début du XXe siècle, non seulement les systèmes de commutation automatique, mais aussi presque tous les équipements des réseaux téléphoniques contenaient un type de relais. L'une des premières utilisations dans les communications téléphoniques remonte aux années 1870, dans les standards manuels. Lorsque l'abonné tournait la poignée du téléphone (poignée magnéto), un signal était envoyé au central téléphonique, allumant le mixeur. Un blanker est un relais qui, lorsqu’il est déclenché, fait tomber un volet métallique sur le pupitre de commutation de l’opérateur téléphonique, indiquant un appel entrant. Ensuite, la jeune opératrice a inséré la fiche dans le connecteur, le relais a été réinitialisé, après quoi il a été possible de relever à nouveau le volet, qui était maintenu dans cette position par l'électro-aimant.
En 1924, écrivent deux ingénieurs de Bell, le central téléphonique manuel typique desservait environ 10 40 abonnés. Son équipement contenait 65 à 10 XNUMX relais, dont la force magnétique totale était « suffisante pour soulever XNUMX tonnes ». Dans les grands centraux téléphoniques équipés de commutateurs automatiques, ces caractéristiques étaient multipliées par deux. Plusieurs millions de relais étaient utilisés dans tout le système téléphonique américain, et leur nombre augmentait constamment à mesure que les centraux téléphoniques étaient automatisés. Une connexion téléphonique peut être desservie par quelques centaines de relais, selon le nombre et l'équipement des centraux téléphoniques concernés.
Les usines de Western Electric, une filiale manufacturière de Bell Corporation, produisaient une vaste gamme de relais. Les ingénieurs ont créé tellement de modifications que les éleveurs de chiens ou de pigeons les plus sophistiqués envieraient cette diversité. La vitesse de fonctionnement et la sensibilité du relais ont été optimisées et les dimensions ont été réduites. En 1921, Western Electric produisait près de 5 millions de relais d'une centaine de types de base. Le plus populaire était le relais universel de type E, un dispositif plat, presque rectangulaire, pesant plusieurs dizaines de grammes. Pour la plupart, il était fabriqué à partir de pièces métalliques embouties, c'est-à-dire qu'il était technologiquement avancé en termes de production. Le boîtier protégeait les contacts de la poussière et des courants induits des appareils voisins : généralement les relais étaient montés à proximité les uns des autres, dans des racks contenant des centaines, voire des milliers de relais. Au total, 3 XNUMX variantes de type E ont été développées, chacune avec des configurations de bobinages et de contacts différentes.
Bientôt, ces relais commencèrent à être utilisés dans les commutateurs les plus complexes.
Commutateur de coordonnées
En 1910, Gotthilf Betulander, ingénieur chez Royal Telegrafverket, la société d'État qui contrôlait la majeure partie du marché téléphonique suédois (pendant des décennies, la quasi-totalité), a eu une idée. Il pensait pouvoir grandement améliorer l'efficacité des opérations de Telegrafverket en construisant des systèmes de commutation automatique entièrement basés sur des relais. Plus précisément, sur des matrices de relais : des grilles de tiges d'acier reliées à des lignes téléphoniques, avec des relais aux intersections des tiges. Un tel interrupteur devrait être plus rapide, plus fiable et plus facile à entretenir que les systèmes basés sur des contacts glissants ou rotatifs.
De plus, Betulander a eu l'idée qu'il était possible de séparer les parties de sélection et de connexion du système en circuits relais indépendants. Et le reste du système doit être utilisé uniquement pour établir un canal vocal, puis être libéré pour gérer un autre appel. Autrement dit, Betulander a eu une idée qui a ensuite été appelée « contrôle commun ».
Il a appelé le circuit qui stocke le numéro d’appel entrant « enregistreur » (un autre terme est registre). Et le circuit qui trouve et « marque » une connexion disponible dans le réseau est appelé « marqueur ». L'auteur a breveté son système. Plusieurs stations de ce type sont apparues à Stockholm et à Londres. Et en 1918, Betulander découvre une innovation américaine : le commutateur de coordonnées, créé par l'ingénieur de Bell John Reynolds cinq ans plus tôt. Ce commutateur était très similaire à la conception de Betulander, mais il utilisait n+m relais de service n+m nœuds matriciels, ce qui était beaucoup plus pratique pour l'expansion ultérieure des centraux téléphoniques. Lors de l'établissement d'une connexion, la barre de maintien serrait les "doigts" de la corde du piano et la barre de sélection se déplaçait le long de la matrice pour se connecter à un autre appel. L'année suivante, Betulander a intégré cette idée dans la conception de son interrupteur.
Mais la plupart des ingénieurs considéraient la création de Betulander comme étrange et inutilement complexe. Lorsqu'est venu le temps de sélectionner un système de commutation pour automatiser les réseaux des plus grandes villes de Suède, Telegrafverket a choisi une conception développée par Ericsson. Les commutateurs Betulander n'étaient utilisés que dans les petits centraux téléphoniques des zones rurales : les relais étaient plus fiables que l'automatisation motorisée des commutateurs Ericsson et ne nécessitaient pas de techniciens de maintenance à chaque central.
Cependant, les ingénieurs téléphoniques américains avaient un avis différent sur cette question. En 1930, les spécialistes des Bell Labs sont venus en Suède et ont été « très impressionnés par les paramètres du module de commutation de coordonnées ». À leur retour, les Américains ont immédiatement commencé à travailler sur ce qui est devenu le système de coordonnées n°1, remplaçant les panneaux de commande des grandes villes. En 1938, deux systèmes de ce type étaient installés à New York. Ils sont rapidement devenus un équipement standard des centraux téléphoniques urbains, jusqu'à ce que des commutateurs électroniques les remplacent plus de 30 ans plus tard.
Le composant le plus intéressant du X-Switch No. 1 était un nouveau marqueur plus complexe développé chez Bell. Il s'agissait de rechercher un itinéraire libre de l'appelant à l'appelé à travers plusieurs modules de coordonnées connectés les uns aux autres, créant ainsi une connexion téléphonique. Le marqueur devait également tester chaque connexion pour vérifier l'état libre/occupé. Cela nécessitait l’application d’une logique conditionnelle. Comme l’écrivait l’historien Robert Chapuis :
Le choix est conditionnel car un raccordement libre n'est retenu que s'il donne accès à un réseau ayant en sortie un raccordement libre au niveau suivant. Si plusieurs ensembles de connexions satisfont aux conditions souhaitées, alors la « logique préférentielle » sélectionne l'une des moins de connexions [existantes]...
Le commutateur de coordonnées est un excellent exemple de fertilisation croisée d’idées technologiques. Betulander a créé son commutateur entièrement relais, puis l'a amélioré avec une matrice de commutation Reynolds et a prouvé les performances de la conception résultante. Les ingénieurs d'AT&T ont ensuite repensé ce commutateur hybride, l'ont amélioré et ont créé le système de coordonnées n°1. Ce système est ensuite devenu un composant de deux premiers ordinateurs, dont l'un est aujourd'hui connu comme une étape importante dans l'histoire de l'informatique.
Travail mathématique
Pour comprendre comment et pourquoi les relais et leurs cousins électroniques ont contribué à révolutionner l’informatique, nous avons besoin d’une brève incursion dans le monde du calcul. Après cela, il deviendra clair pourquoi il existait une demande cachée d'optimisation des processus informatiques.
Au début du XXe siècle, l’ensemble du système de science et d’ingénierie moderne reposait sur le travail de milliers de personnes effectuant des calculs mathématiques. Ils étaient appelés par ordinateurs (des ordinateurs) [Pour éviter toute confusion, le terme sera utilisé tout au long du texte calculatrices. - Note. voie]. Dans les années 1820, Charles Babbage créait (bien que son appareil ait eu des prédécesseurs idéologiques). Sa tâche principale était d'automatiser la construction de tableaux mathématiques, par exemple pour la navigation (calcul de fonctions trigonométriques par approximations polynomiales à 0 degré, 0,01 degré, 0,02 degré, etc.). Il y avait aussi une grande demande pour les calculs mathématiques en astronomie : il fallait traiter les résultats bruts des observations télescopiques dans des zones fixes de la sphère céleste (en fonction de l'heure et de la date des observations) ou déterminer les orbites de nouveaux objets (par exemple, comète de Halley).
Depuis l’époque de Babbage, le besoin de machines informatiques a augmenté à plusieurs reprises. Les compagnies d’électricité devaient comprendre le comportement des systèmes de transmission d’énergie de base aux propriétés dynamiques extrêmement complexes. Les canons en acier Bessemer, capables de lancer des obus à l'horizon (et donc, grâce à l'observation directe de la cible, ils n'étaient plus pointés), nécessitaient des tables balistiques de plus en plus précises. De nouveaux outils statistiques impliquant de grandes quantités de calculs mathématiques (comme la méthode des moindres carrés) étaient de plus en plus utilisés à la fois dans la science et dans l’appareil gouvernemental en pleine croissance. Les départements informatiques sont apparus dans les universités, les agences gouvernementales et les entreprises industrielles, qui recrutaient généralement des femmes.
Les calculatrices mécaniques ont seulement facilité le problème des calculs, mais ne l'ont pas résolu. Les calculatrices accéléraient les opérations arithmétiques, mais tout problème scientifique ou technique complexe nécessitait des centaines ou des milliers d'opérations, que la calculatrice (humaine) devait effectuer chacune manuellement, en enregistrant soigneusement tous les résultats intermédiaires.
Plusieurs facteurs ont contribué à l'émergence de nouvelles approches du problème des calculs mathématiques. Les jeunes scientifiques et ingénieurs, qui calculaient péniblement leurs tâches la nuit, voulaient donner du repos à leurs mains et à leurs yeux. Les chefs de projet ont été contraints de débourser de plus en plus d'argent pour les salaires de nombreux ordinateurs, surtout après la Première Guerre mondiale. Enfin, de nombreux problèmes scientifiques et techniques avancés étaient difficiles à calculer manuellement. Tous ces facteurs ont conduit à la création d'une série d'ordinateurs, sur lesquels les travaux ont été menés sous la direction de Vannevar Bush, ingénieur électricien au Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Analyseur différentiel
Jusqu’ici, l’histoire était souvent impersonnelle, mais nous allons maintenant commencer à parler davantage de personnes spécifiques. La renommée est passée outre les créateurs de l'interrupteur de panneau, du relais de type E et du circuit de marquage de référence. Même les anecdotes biographiques n’ont pas survécu à leur sujet. La seule preuve publiquement accessible de leur vie sont les restes fossiles des machines qu’ils ont créées.
Nous pouvons désormais mieux comprendre les gens et leur passé. Mais nous ne rencontrerons plus ceux qui travaillaient dur dans les greniers et les ateliers de la maison - Morse et Vail, Bell et Watson. À la fin de la Première Guerre mondiale, l’ère des inventeurs héroïques était presque révolue. Thomas Edison peut être considéré comme une figure de transition : au début de sa carrière, il était un inventeur salarié et, à la fin, il est devenu propriétaire d'une « usine à inventions ». À cette époque, le développement des nouvelles technologies les plus remarquables était devenu le domaine des organisations : universités, départements de recherche d’entreprises, laboratoires gouvernementaux. Les personnes dont nous parlerons dans cette section appartenaient à de telles organisations.
Par exemple, Vannevar Bush. Il arrive au MIT en 1919, alors qu'il a 29 ans. Un peu plus de 20 ans plus tard, il faisait partie de ceux qui ont influencé la participation des États-Unis à la Seconde Guerre mondiale et contribué à augmenter le financement gouvernemental, ce qui a changé à jamais la relation entre le gouvernement, le monde universitaire et le développement de la science et de la technologie. Mais pour les besoins de cet article, nous nous intéressons à une série de machines développées dans le laboratoire Bush à partir du milieu des années 1920 et destinées à résoudre le problème des calculs mathématiques.
Le MIT, qui avait récemment déménagé du centre de Boston vers le front de mer de Charles River à Cambridge, était étroitement aligné sur les besoins de l'industrie. Bush lui-même, en plus de sa chaire, avait des intérêts financiers dans plusieurs entreprises du domaine de l’électronique. Il n’est donc pas surprenant que le problème qui a poussé Busch et ses étudiants à travailler sur ce nouveau dispositif informatique trouve son origine dans le secteur de l’énergie : simuler le comportement des lignes de transmission dans des conditions de charge de pointe. Évidemment, ce n’était là qu’une des nombreuses applications possibles de l’ordinateur : des calculs mathématiques fastidieux étaient effectués partout.
Busch et ses collègues ont d'abord construit deux machines appelées intégrateurs de produits. Mais la machine la plus célèbre et la plus réussie du MIT en était une autre : analyseur différentiel, achevé en 1931. Il a résolu des problèmes de transmission de l'électricité, calculé les orbites des électrons, les trajectoires du rayonnement cosmique dans le champ magnétique terrestre et bien plus encore. Des chercheurs du monde entier, ayant besoin de puissance de calcul, ont créé des dizaines de copies et de variantes de l'analyseur différentiel dans les années 1930. Certains viennent même de Meccano (l'analogue anglais des jeux de construction américains pour enfants de la marque ).
Un analyseur différentiel est un ordinateur analogique. Les fonctions mathématiques ont été calculées à l'aide de tiges métalliques rotatives, dont la vitesse de rotation reflétait une valeur quantitative. Le moteur entraînait une tige indépendante - une variable (généralement elle représentait le temps), qui, à son tour, faisait tourner d'autres tiges (différentes variables différentielles) via des connexions mécaniques, et une fonction était calculée en fonction de la vitesse de rotation d'entrée. Les résultats des calculs ont été dessinés sur papier sous forme de courbes. Les composants les plus importants étaient les intégrateurs – des roues qui tournaient comme des disques. Les intégrateurs pourraient calculer l’intégrale d’une courbe sans calculs manuels fastidieux.
Analyseur différentiel. Module intégré - avec un couvercle surélevé, sur le côté de la fenêtre se trouvent des tableaux avec les résultats des calculs et au milieu - un ensemble de barres de calcul
Aucun des composants de l'analyseur ne contenait de relais de commutation discrets ni de commutateurs numériques. Alors pourquoi parle-t-on de cet appareil ? La réponse est Quatrième voiture familiale.
Au début des années 1930, Bush commença à courtiser la Fondation Rockefeller afin d’obtenir des fonds pour poursuivre le développement de l’analyseur. Warren Weaver, directeur des sciences naturelles de la fondation, n'était pas convaincu au départ. L'ingénierie n'était pas son domaine d'expertise. Mais Busch a vanté le potentiel illimité de sa nouvelle machine pour les applications scientifiques, notamment en biologie mathématique, le projet favori de Weaver. Bush a également promis de nombreuses améliorations à l'analyseur, notamment « la possibilité de faire passer rapidement l'analyseur d'un problème à un autre, comme un standard téléphonique ». En 1936, ses efforts furent récompensés par une subvention de 85 XNUMX $ pour la création d’un nouvel appareil, qui fut plus tard appelé l’analyseur différentiel Rockefeller.
En tant qu’ordinateur pratique, cet analyseur n’a pas constitué une grande avancée. Bush, devenu vice-président et doyen de l'ingénierie du MIT, ne pouvait pas consacrer beaucoup de temps à diriger le développement. En fait, il s’est rapidement retiré et a assumé les fonctions de président de la Carnegie Institution à Washington. Bush sentait que la guerre approchait et il avait plusieurs idées scientifiques et industrielles qui pourraient répondre aux besoins de l’armée. Autrement dit, il voulait se rapprocher du centre du pouvoir, où il pourrait influencer plus efficacement la résolution de certaines questions.
Dans le même temps, les problèmes techniques dictés par la nouvelle conception ont été résolus par le personnel du laboratoire, qui a rapidement commencé à être réaffecté à des problèmes militaires. La machine Rockefeller n'a été achevée qu'en 1942. L'armée l'a trouvé utile pour la production en ligne de tables balistiques pour l'artillerie. Mais bientôt cet appareil fut éclipsé purement numérique ordinateurs – représentant les nombres non pas comme des quantités physiques, mais de manière abstraite, en utilisant les positions des commutateurs. Il se trouve que l'analyseur Rockefeller lui-même utilisait de nombreux commutateurs similaires, constitués de circuits relais.
Shannon
En 1936, Claude Shannon n'avait que 20 ans, mais il avait déjà obtenu un baccalauréat en génie électrique et en mathématiques de l'Université du Michigan. Il a été amené au MIT grâce à un dépliant épinglé sur un tableau d'affichage. Vannevar Bush recherchait un nouvel assistant pour travailler sur l'analyseur différentiel. Shannon a soumis sa candidature sans hésitation et a rapidement travaillé sur de nouveaux problèmes avant que le nouvel appareil ne commence à prendre forme.
Shannon n’avait rien à voir avec Bush. Il n’était ni un homme d’affaires, ni un bâtisseur d’empire universitaire, ni un administrateur. Toute sa vie, il a aimé les jeux, les puzzles et les divertissements : échecs, jonglerie, labyrinthes, cryptogrammes. Comme beaucoup d'hommes de son époque, pendant la guerre, Shannon s'est consacré aux affaires sérieuses : il a occupé un poste aux Bell Labs dans le cadre d'un contrat gouvernemental, qui protégeait son corps fragile de la conscription militaire. Ses recherches sur la conduite de tir et la cryptographie au cours de cette période ont conduit à leur tour à des travaux fondateurs sur la théorie de l'information (que nous n'aborderons pas). Dans les années 1950, alors que la guerre et ses conséquences s'apaisaient, Shannon retourna à l'enseignement au MIT, consacrant son temps libre à des diversions : une calculatrice qui fonctionnait exclusivement avec des chiffres romains ; une machine, lorsqu'elle était allumée, un bras mécanique en sortait et éteignait la machine.
La structure de la machine Rockefeller rencontrée par Shannon était logiquement la même que celle de l'analyseur de 1931, mais elle était construite à partir de composants physiques complètement différents. Busch s'est rendu compte que les tiges et les engrenages mécaniques des machines plus anciennes réduisaient l'efficacité de leur utilisation : pour effectuer des calculs, la machine devait être configurée, ce qui nécessitait de nombreuses heures de travail par des mécaniciens qualifiés.
Le nouvel analyseur a perdu cet inconvénient. Sa conception n'était pas basée sur une table à tiges, mais sur un collecteur à disques croisés, un prototype excédentaire offert par les Bell Labs. Au lieu de transmettre la puissance depuis un arbre central, chaque module intégré était entraîné indépendamment par un moteur électrique. Pour configurer la machine pour résoudre un nouveau problème, il suffisait simplement de configurer les relais dans la matrice de coordonnées pour connecter les intégrateurs dans l'ordre souhaité. Un lecteur de bande perforée (emprunté à un autre appareil de télécommunication, le télétype à rouleau) lisait la configuration de la machine et un circuit relais convertissait le signal de la bande en signaux de commande pour la matrice : c'était comme établir une série d'appels téléphoniques entre intégrateurs.
La nouvelle machine était non seulement beaucoup plus rapide et plus facile à installer, mais elle était également plus rapide et plus précise que son prédécesseur. Elle pourrait résoudre des problèmes plus complexes. Aujourd’hui, cet ordinateur peut être considéré comme primitif, voire extravagant, mais à l’époque, il semblait aux observateurs être une grande – ou peut-être une terrible – intelligence à l’œuvre :
En gros, c'est un robot mathématique. Un automate électrique conçu non seulement pour soulager le cerveau humain du fardeau des calculs et des analyses lourds, mais également pour s'attaquer aux problèmes mathématiques qui ne peuvent pas être résolus mentalement et les résoudre.
Shannon s'est concentrée sur la conversion des données de la bande de papier en instructions pour le « cerveau », et le circuit relais était responsable de cette opération. Il a remarqué la correspondance entre la structure du circuit et les structures mathématiques de l'algèbre booléenne, qu'il a étudiée à l'école supérieure du Michigan. C'est une algèbre dont les opérandes étaient Vrai et faux, et par les opérateurs - ET, OU, PAS etc. Algèbre correspondant aux énoncés logiques.
Après avoir passé l'été 1937 à travailler aux Bell Labs à Manhattan (un endroit idéal pour réfléchir aux circuits de relais), Shannon a rédigé son mémoire de maîtrise intitulé "Une analyse symbolique des circuits de relais et de commutation". Parallèlement aux travaux d'Alan Turing de l'année précédente, la thèse de Shannon a constitué le fondement de l'informatique.
Dans les années 1940 et 1950, Shannon a construit plusieurs machines informatiques/logiques : la calculatrice de calcul romaine THROBAC, une machine de fin de partie d'échecs, et Theseus, un labyrinthe dans lequel se déplaçait une souris électromécanique (photo).
Shannon a découvert qu'un système d'équations logiques propositionnelles pouvait être directement converti mécaniquement en un circuit physique de commutateurs à relais. Il a conclu : « Pratiquement toute opération qui peut être décrite en un nombre fini d'étapes à l'aide de mots SI, ET, OU etc., peut être effectué automatiquement à l’aide d’un relais. Par exemple, deux relais de commutation commandés connectés en série forment un ensemble logique. И: Le courant circulera dans le fil principal uniquement lorsque les deux électro-aimants seront activés pour fermer les interrupteurs. En même temps, deux relais connectés en parallèle OU: Le courant circule dans le circuit principal, activé par l'un des électro-aimants. La sortie d'un tel circuit logique peut, à son tour, contrôler les électro-aimants d'autres relais pour produire des opérations logiques plus complexes comme (A И B) ou (C И RÉ).
Shannon a conclu sa thèse par une annexe contenant plusieurs exemples de circuits créés à l'aide de sa méthode. Étant donné que les opérations de l’algèbre booléenne sont très similaires aux opérations arithmétiques en binaire (c’est-à-dire en utilisant des nombres binaires), il a montré comment un relais pouvait être assemblé en un « additionneur électrique en binaire » – nous l’appelons un additionneur binaire. Quelques mois plus tard, l'un des scientifiques des Bell Labs a construit une telle addition sur sa table de cuisine.
Stibitz
George Stibitz, chercheur au département de mathématiques du siège des Bell Labs à Manhattan, a ramené chez lui un étrange équipement lors d'une sombre soirée de novembre 1937. Des piles sèches, deux petites lumières pour les panneaux matériels et quelques relais plats de type U trouvés dans une poubelle. En ajoutant quelques fils et quelques bric-à-brac, il a assemblé un dispositif capable d'ajouter deux nombres binaires à un chiffre (représentés par la présence ou l'absence d'une tension d'entrée) et d'émettre un nombre à deux chiffres à l'aide d'ampoules : un pour allumé, zéro. pour le départ.
Additionneur Stiebitz binaire
Stiebitz, physicien de formation, a été chargé d'évaluer les propriétés physiques des aimants relais. Il n'avait aucune expérience avec les relais et a donc commencé par étudier leur utilisation dans les circuits téléphoniques de Bell. George remarqua bientôt des similitudes entre certains circuits et opérations arithmétiques binaires. Intrigué, il a assemblé son projet parallèle sur la table de la cuisine.
Au début, les expérimentations de Stiebitz avec les relais n'ont suscité que peu d'intérêt de la part de la direction des Bell Labs. Mais en 1938, le chef du groupe de recherche demanda à George si ses calculatrices pouvaient être utilisées pour des opérations arithmétiques avec des nombres complexes (par ex. un + biOù i est la racine carrée d'un nombre négatif). Il s'est avéré que plusieurs départements informatiques des Bell Labs gémissaient déjà parce qu'ils devaient constamment multiplier et diviser de tels nombres. La multiplication d'un nombre complexe nécessitait quatre opérations arithmétiques sur une calculatrice de bureau, la division nécessitait 16 opérations. Stibitz a déclaré qu'il pouvait résoudre le problème et a conçu un circuit machine pour de tels calculs.
La conception finale, réalisée en métal par l'ingénieur en téléphonie Samuel Williams, s'appelait Complex Number Computer - ou Complex Computer en abrégé - et a été lancée en 1940. 450 relais ont été utilisés pour les calculs, les résultats intermédiaires ont été stockés dans dix commutateurs de coordonnées. Les données ont été saisies et reçues à l'aide d'un télétype à rouleau. Les départements des Bell Labs ont installé trois de ces télétypes, ce qui indique un besoin important en puissance de calcul. Relais, matrices, télétypes - à tous points de vue, c'était un produit du système Bell.
L'heure la plus belle de Complex Computer a sonné le 11 septembre 1940. Stiebitz a présenté un rapport sur l'ordinateur lors d'une réunion de l'American Mathematical Society au Dartmouth College. Il a accepté qu'un télétype y soit installé avec une connexion télégraphique au Complex Computer de Manhattan, à 400 kilomètres de là. Les personnes intéressées pourraient se rendre au télétype, saisir les conditions du problème sur le clavier et voir comment en moins d'une minute le télétype imprime comme par magie le résultat. Parmi ceux qui ont testé le nouveau produit figuraient John Mauchly et John von Neumann, chacun jouant un rôle important dans la poursuite de notre histoire.
Les participants à la réunion ont eu un bref aperçu du monde futur. Plus tard, les ordinateurs sont devenus si chers que les administrateurs ne pouvaient plus se permettre de les laisser inactifs pendant que l'utilisateur se grattait le menton devant la console de gestion, se demandant quoi taper ensuite. Au cours des 20 prochaines années, les scientifiques réfléchiront à la manière de construire des ordinateurs à usage général qui attendront toujours que vous y saisissiez des données, même si vous travaillez sur autre chose. Et puis encore 20 ans s’écouleront jusqu’à ce que ce mode informatique interactif devienne à l’ordre du jour.
Stiebitz derrière le Dartmouth Interactive Terminal dans les années 1960. Le Dartmouth College a été un pionnier de l'informatique interactive. Stiebitz est devenu professeur d'université en 1964
Il est surprenant que, malgré les problèmes qu'il résout, Complex Computer, selon les normes modernes, ne soit pas du tout un ordinateur. Il pourrait effectuer des opérations arithmétiques sur des nombres complexes et probablement résoudre d’autres problèmes similaires, mais pas des problèmes généraux. Ce n'était pas programmable. Il ne pouvait pas effectuer d'opérations dans un ordre aléatoire ou de manière répétée. C’était une calculatrice capable de faire certains calculs bien mieux que ses prédécesseurs.
Avec le déclenchement de la Seconde Guerre mondiale, Bell, sous la direction de Stiebitz, a créé une série d'ordinateurs appelés modèle II, modèle III et modèle IV (l'ordinateur complexe a donc été nommé modèle I). La plupart d’entre eux ont été construits à la demande du Comité de recherche de la Défense nationale, dirigé par nul autre que Vannevar Bush. Stibitz a amélioré la conception des machines en termes de plus grande polyvalence des fonctions et de programmabilité.
Par exemple, le calculateur balistique (plus tard modèle III) a été développé pour les besoins des systèmes de contrôle de tir antiaériens. Il est entré en service en 1944 à Fort Bliss, au Texas. L'appareil contenait 1400 25 relais et pouvait exécuter un programme d'opérations mathématiques déterminé par une séquence d'instructions sur une bande de papier en boucle. Une bande avec les données d'entrée a été fournie séparément et les données tabulaires ont été fournies séparément. Cela a permis de trouver rapidement les valeurs, par exemple, de fonctions trigonométriques sans vrais calculs. Les ingénieurs de Bell ont développé des circuits de recherche spéciaux (circuits de recherche) qui balayaient la bande en avant/en arrière et recherchaient l'adresse de la valeur de table souhaitée, quels que soient les calculs. Stibitz a découvert que son ordinateur modèle III, qui actionnait les relais jour et nuit, remplaçait 40 à XNUMX ordinateurs.
Supports de relais Bell modèle III
La voiture Model V n’a plus eu le temps de faire son service militaire. Il est devenu encore plus polyvalent et puissant. Si l’on évalue le nombre d’ordinateurs qu’il a remplacé, il était alors environ dix fois plus grand que le modèle III. Plusieurs modules informatiques dotés de 9 XNUMX relais pouvaient recevoir des données d'entrée de plusieurs stations, où les utilisateurs saisissaient les conditions de différentes tâches. Chacune de ces stations disposait d'un lecteur de bande pour la saisie des données et de cinq pour les instructions. Cela permettait d'appeler divers sous-programmes de la bande principale lors du calcul d'une tâche. Le module de contrôle principal (essentiellement un analogue du système d'exploitation) distribuait les instructions entre les modules informatiques en fonction de leur disponibilité, et les programmes pouvaient effectuer des branchements conditionnels. Ce n'était plus seulement une calculatrice.
Année des Miracles : 1937
L’année 1937 peut être considérée comme un tournant dans l’histoire de l’informatique. Cette année-là, Shannon et Stibitz remarquèrent des similitudes entre les circuits relais et les fonctions mathématiques. Ces découvertes ont conduit les Bell Labs à créer une série de machines numériques importantes. C'était un peu - voire de substitution - lorsqu'un modeste relais téléphonique, sans changer de forme physique, devient l'incarnation des mathématiques et de la logique abstraites.
La même année, dans le numéro de janvier de la publication Actes de la London Mathematical Society a publié un article du mathématicien britannique Alan Turing « Sur les nombres calculables en relation avec "(Sur les nombres calculables, avec une application au problème de l'Entscheidungs). Il décrivait une machine informatique universelle : l’auteur affirmait qu’elle pouvait effectuer des actions logiquement équivalentes aux actions des ordinateurs humains. Turing, qui était entré aux études supérieures à l'Université de Princeton l'année précédente, était également intrigué par les circuits de relais. Et, comme Bush, il s’inquiète de la menace croissante d’une guerre avec l’Allemagne. Il s’est donc lancé dans un projet parallèle de cryptographie : un multiplicateur binaire qui pourrait être utilisé pour chiffrer les communications militaires. Turing l'a construit à partir de relais assemblés dans l'atelier d'usinage de l'université.
Toujours en 1937, Howard Aiken réfléchissait à un projet de machine informatique automatique. Étudiant diplômé en génie électrique à Harvard, Aiken a effectué sa juste part de calculs en utilisant uniquement une calculatrice mécanique et des livres imprimés de tables mathématiques. Il a proposé une conception qui éliminerait cette routine. Contrairement aux appareils informatiques existants, il était censé traiter les processus automatiquement et de manière cyclique, en utilisant les résultats des calculs précédents comme entrée du suivant.
Pendant ce temps, chez Nippon Electric Company, l'ingénieur en télécommunications Akira Nakashima explorait les liens entre les circuits relais et les mathématiques depuis 1935. Enfin, en 1938, il prouva de manière indépendante l'équivalence des circuits relais avec l'algèbre booléenne, que Shannon avait découverte un an plus tôt.
A Berlin, Konrad Zuse, un ancien ingénieur aéronautique fatigué des calculs interminables au travail, cherchait des fonds pour construire un deuxième ordinateur. Il ne parvenait pas à faire fonctionner de manière fiable son premier appareil mécanique, le V1, et il souhaitait donc fabriquer un ordinateur relais, qu'il a co-développé avec son ami, l'ingénieur en télécommunications Helmut Schreyer.
La polyvalence des relais téléphoniques, les conclusions sur la logique mathématique, le désir des esprits brillants de se débarrasser du travail abrutissant - tout cela s'est entrelacé et a conduit à l'émergence de l'idée d'un nouveau type de machine logique.
Génération oubliée
Les fruits des découvertes et des développements de 1937 durent mûrir pendant plusieurs années. La guerre s’est avérée être l’engrais le plus puissant et, avec son avènement, des ordinateurs relais ont commencé à apparaître partout où existait l’expertise technique nécessaire. La logique mathématique est devenue le treillis des vignes de l’électrotechnique. De nouvelles formes de machines informatiques programmables sont apparues – la première esquisse des ordinateurs modernes.
En plus des machines de Stiebitz, en 1944, les États-Unis pouvaient se vanter du calculateur automatique à commande de séquence (ASCC) Harvard Mark I/IBM, résultat de la proposition d'Aiken. Le double nom est né de la détérioration des relations entre le monde universitaire et l'industrie : chacun revendiquait des droits sur l'appareil. Le Mark I/ASCC utilisait des circuits de commande à relais, mais l'unité arithmétique principale était basée sur l'architecture des calculatrices mécaniques IBM. Le véhicule a été créé pour les besoins du Bureau américain de la construction navale. Son successeur, le Mark II, a commencé à fonctionner en 1948 sur un site d'essai de la Marine, et toutes ses opérations étaient entièrement basées sur des relais : 13 XNUMX relais.
Pendant la guerre, Zuse construisit plusieurs ordinateurs relais, de plus en plus complexes. Le point culminant était le V4, qui, comme le Bell Model V, incluait des paramètres pour appeler des sous-programmes et effectuait des branchements conditionnels. En raison de la pénurie de matériaux au Japon, aucune des créations de Nakashima et de ses compatriotes n'a été réalisée en métal jusqu'à ce que le pays se remette de la guerre. Dans les années 1950, le nouveau ministère du Commerce extérieur et de l'Industrie a financé la création de deux machines à relais, dont la seconde était un monstre doté de 20 XNUMX relais. Fujitsu, qui a participé à la création, a développé ses propres produits commerciaux.
Aujourd'hui, ces machines sont presque complètement oubliées. Un seul nom reste en mémoire - ENIAC. La raison de leur oubli n’est pas liée à leur complexité, ni à leurs capacités, ni à leur rapidité. Les propriétés informatiques et logiques des relais, découvertes par les scientifiques et les chercheurs, s'appliquent à tout type de dispositif pouvant servir d'interrupteur. Et c'est ainsi qu'un autre appareil similaire était disponible - électronique un interrupteur qui pourrait fonctionner des centaines de fois plus vite qu'un relais.
L’importance de la Seconde Guerre mondiale dans l’histoire de l’informatique devrait déjà être évidente. La guerre la plus terrible a donné l'impulsion au développement de machines électroniques. Son lancement a libéré les ressources nécessaires pour pallier les défauts évidents des interrupteurs électroniques. Le règne des ordinateurs électromécaniques fut de courte durée. Comme les Titans, ils furent renversés par leurs enfants. Tout comme les relais, la commutation électronique est née des besoins de l'industrie des télécommunications. Et pour découvrir d’où cela vient, nous devons remonter notre histoire jusqu’à l’aube de l’ère de la radio.
Source: habr.com