No noso describiu o auxe dos interruptores telefónicos automáticos, que se controlaban mediante circuítos de relés. Nesta ocasión queremos falar de como científicos e enxeñeiros desenvolveron circuítos de relés na primeira -agora esquecida- xeración de ordenadores dixitais.
Relevo no seu cénit
Se lembras, o funcionamento dun relé baséase nun principio sinxelo: un electroimán acciona un interruptor metálico. A idea dun relevo foi proposta de forma independente por varios naturalistas e empresarios do negocio do telégrafo na década de 1830. Entón, a mediados do século XIX, inventores e mecánicos converteron os relés nun compoñente fiable e indispensable das redes telegráficas. Foi nesta área onde a vida do relevo alcanzou o seu cénit: miniaturizouse e xeracións de enxeñeiros crearon unha infinidade de deseños mentres se formaban formalmente en matemáticas e física.
A principios do século XX, non só os sistemas de conmutación automática, senón tamén case todos os equipos de rede telefónica contiñan algún tipo de relé. Un dos primeiros usos nas comunicacións telefónicas remóntase á década de 1870, nos cadros manuais. Cando o abonado xiraba o asa do teléfono (aso magnético), enviábase un sinal á central telefónica, acendendo a batidora. Un blanker é un relé que, cando se activa, fai caer unha solapa metálica sobre a mesa de conmutación do operador de telefonía, indicando unha chamada entrante. A continuación, a moza operadora introduciu o enchufe no conector, restableceuse o relé, despois de que foi posible levantar de novo a solapa, que foi mantida nesta posición polo electroimán.
En 1924, dous enxeñeiros de Bell escribiron, a central telefónica manual típica atendeu a uns 10 abonados. O seu equipo contiña entre 40 e 65 mil relés, cuxa forza magnética total era "suficiente para levantar 10 toneladas". Nas grandes centrais telefónicas con interruptores de máquina, estas características multiplicáronse por dúas. Utilizáronse moitos millóns de relés en todo o sistema telefónico estadounidense, e o número aumentaba constantemente a medida que se automatizaban as centrais telefónicas. Unha conexión telefónica podería ser atendida por uns poucos a varios centos de relés, dependendo do número e do equipamento das centrais telefónicas implicadas.
As fábricas de Western Electric, unha subsidiaria de fabricación da Bell Corporation, producían unha gran variedade de relés. Os enxeñeiros crearon tantas modificacións que os criadores de cans ou colombeiros máis sofisticados envexarían esta diversidade. Optimizáronse a velocidade de funcionamento e a sensibilidade do relé e reducíronse as dimensións. En 1921, Western Electric produciu case 5 millóns de relés de cen tipos básicos. O máis popular foi o relé universal Tipo E, un dispositivo plano, case rectangular, que pesaba varias decenas de gramos. Na súa maior parte, estaba feito de pezas metálicas estampadas, é dicir, estaba tecnoloxicamente avanzado na produción. A carcasa protexía os contactos do po e das correntes inducidas dos dispositivos veciños: normalmente os relés estaban montados preto uns dos outros, en racks con centos e miles de relés. Desenvolvéronse un total de 3 variantes Tipo E, cada unha con diferentes configuracións de enrolamentos e contactos.
Pronto estes relés comezaron a utilizarse nos interruptores máis complexos.
Conmutador de coordenadas
En 1910, Gotthilf Betulander, enxeñeiro da Royal Telegrafverket, a corporación estatal que controlaba a maior parte do mercado telefónico sueco (durante décadas, case todo), tivo unha idea. Cría que podería mellorar moito a eficiencia das operacións de Telegrafverket construíndo sistemas de conmutación automática baseados enteiramente en relés. Máis precisamente, nas matrices de relés: cuadrículas de varillas de aceiro conectadas a liñas telefónicas, con relés nas interseccións das varillas. Este interruptor debería ser máis rápido, máis fiable e máis fácil de manter que os sistemas baseados en contactos deslizantes ou xiratorios.
Ademais, Betulander tivo a idea de que era posible separar as partes de selección e conexión do sistema en circuítos de relé independentes. E o resto do sistema debería usarse só para establecer unha canle de voz e, a continuación, liberarse para xestionar outra chamada. É dicir, a Betulander se lle ocorreu unha idea que máis tarde se chamou "control común".
Chamou "gravador" ao circuíto que almacena o número de chamada entrante (outro termo é rexistro). E o circuíto que atopa e "marca" unha conexión dispoñible na rede chámase "marcador". O autor patentou o seu sistema. Varias estacións deste tipo apareceron en Estocolmo e Londres. E en 1918, Betulander coñeceu unha innovación estadounidense: o interruptor de coordenadas, creado polo enxeñeiro de Bell John Reynolds cinco anos antes. Este interruptor era moi semellante ao deseño de Betulander, pero utilizouse n+m relé de servizo n+m matriz, o que era moito máis conveniente para a expansión das centrais telefónicas. Ao facer unha conexión, a barra de retención suxeitaba os "dedos" das cordas do piano e a barra de selección movíase ao longo da matriz para conectarse a outra chamada. Ao ano seguinte, Betulander incorporou esta idea ao deseño do seu interruptor.
Pero a maioría dos enxeñeiros consideraron estraña e innecesariamente complexa a creación de Betulander. Cando chegou o momento de seleccionar un sistema de conmutación para automatizar as redes das cidades máis grandes de Suecia, Telegrafverket escolleu un deseño desenvolvido por Ericsson. Os interruptores Betulander usáronse só en pequenas centrais telefónicas das zonas rurais: os relés eran máis fiables que a automatización motorizada dos interruptores Ericsson e non requirían técnicos de mantemento en cada central.
Non obstante, os enxeñeiros de telefonía estadounidenses tiñan unha opinión diferente sobre este asunto. En 1930, os especialistas de Bell Labs chegaron a Suecia e quedaron "moi impresionados cos parámetros do módulo de conmutación de coordenadas". Cando os estadounidenses regresaron, inmediatamente comezaron a traballar no que se coñeceu como o sistema de coordenadas número 1, substituíndo os interruptores do panel nas grandes cidades. En 1938, dous sistemas deste tipo instaláronse en Nova York. Pronto se converteron en equipamento estándar para as centrais telefónicas das cidades, ata que os interruptores electrónicos substituíronas máis de 30 anos despois.
O compoñente máis interesante do X-Switch número 1 foi un novo marcador máis complexo desenvolvido en Bell. Pretendíase buscar unha ruta gratuíta desde a persoa que chama ata o destinatario a través de varios módulos de coordenadas conectados entre si, creando así unha conexión telefónica. O marcador tamén tivo que probar cada conexión para o estado libre/ocupado. Isto requiriu a aplicación da lóxica condicional. Como escribiu o historiador Robert Chapuis:
A elección é condicional porque só se mantén unha conexión gratuíta se proporciona acceso a unha rede que ten como saída unha conexión gratuíta ao seguinte nivel. Se varios conxuntos de conexións satisfacen as condicións desexadas, entón a "lóxica preferente" selecciona unha das menos conexións...
O interruptor de coordenadas é un gran exemplo da fertilización cruzada de ideas tecnolóxicas. Betulander creou o seu interruptor de relés, despois mellorouno cunha matriz de conmutación Reynolds e demostrou o rendemento do deseño resultante. Máis tarde, os enxeñeiros de AT&T redeseñaron este interruptor híbrido, mellorárono e crearon o sistema de coordenadas número 1. Este sistema converteuse entón nun compoñente de dous primeiros ordenadores, un dos cales agora se coñece como un fito na historia da informática.
Traballo matemático
Para comprender como e por que os relés e os seus primos electrónicos axudaron a revolucionar a informática, necesitamos unha breve incursión no mundo do cálculo. Despois diso, quedará claro por que había unha demanda oculta de optimización dos procesos informáticos.
A principios do século XX, todo o sistema da ciencia e da enxeñaría moderna baseábase no traballo de miles de persoas que realizaban cálculos matemáticos. Chamábanse ordenadores (ordenadores) [Para evitar confusións, o termo empregarase ao longo do texto calculadoras. - Nota. carril]. Aló pola década de 1820, Charles Babbage creou (aínda que o seu aparello tiña antecesores ideolóxicos). O seu cometido principal era automatizar a construción de táboas matemáticas, por exemplo para a navegación (cálculo de funcións trigonométricas mediante aproximacións polinómicas a 0 graos, 0,01 graos, 0,02 graos, etc.). Tamén había unha gran demanda de cálculos matemáticos en astronomía: era necesario procesar os resultados brutos das observacións telescópicas en áreas fixas da esfera celeste (dependendo da hora e data das observacións) ou determinar as órbitas de novos obxectos (por exemplo, o cometa Halley).
Desde a época de Babbage, a necesidade de máquinas informáticas aumentou moitas veces. As compañías de enerxía eléctrica necesitaban comprender o comportamento dos sistemas de transmisión de enerxía troncais con propiedades dinámicas extremadamente complexas. Os canóns de aceiro Bessemer, capaces de lanzar proxectís polo horizonte (e polo tanto, grazas á observación directa do obxectivo, xa non estaban apuntados), requirían táboas balísticas cada vez máis precisas. As novas ferramentas estatísticas que implicaban grandes cantidades de cálculos matemáticos (como o método dos mínimos cadrados) usáronse cada vez máis tanto na ciencia como no crecente aparato gobernamental. Os departamentos de informática xurdiron en universidades, axencias gobernamentais e corporacións industriais, que normalmente recrutaban mulleres.
As calculadoras mecánicas só facilitaron o problema dos cálculos, pero non o resolveron. As calculadoras aceleraban as operacións aritméticas, pero calquera problema científico ou de enxeñería complexo requiría centos ou miles de operacións, cada unha das cales a calculadora (humana) tiña que realizar manualmente, rexistrando coidadosamente todos os resultados intermedios.
Varios factores contribuíron á aparición de novas aproximacións ao problema dos cálculos matemáticos. Os mozos científicos e enxeñeiros, que calculaban dolorosamente as súas tarefas pola noite, querían dar un descanso ás mans e aos ollos. Os xestores de proxectos víronse obrigados a desembolsar cada vez máis cartos polos soldos de numerosos ordenadores, especialmente despois da Primeira Guerra Mundial. Finalmente, moitos problemas científicos e de enxeñería avanzados eran difíciles de calcular a man. Todos estes factores levaron á creación dunha serie de ordenadores, cuxo traballo se levou a cabo baixo a dirección de Vannevar Bush, enxeñeiro eléctrico do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts (MIT).
Analizador diferencial
Ata este punto, a historia foi moitas veces impersoal, pero agora comezaremos a falar máis de persoas concretas. A fama pasou sobre os creadores do interruptor do panel, o relé Tipo E e o circuíto do marcador fiducial. Nin sequera se conservan anécdotas biográficas sobre eles. A única evidencia dispoñible publicamente das súas vidas son os restos fósiles das máquinas que crearon.
Agora podemos obter unha comprensión máis profunda das persoas e do seu pasado. Pero xa non coñeceremos aos que traballaron duro nos faiados e nos obradoiros na casa: Morse e Vail, Bell e Watson. Ao final da Primeira Guerra Mundial, a era dos inventores heroicos estaba case rematada. Thomas Edison pódese considerar unha figura de transición: ao comezo da súa carreira era un inventor contratado e ao final converteuse no propietario dunha "fábrica de inventos". Para entón, o desenvolvemento das novas tecnoloxías máis notables converteuse no dominio das organizacións: universidades, departamentos de investigación corporativa, laboratorios gobernamentais. As persoas das que falaremos neste apartado pertencían a este tipo de organizacións.
Por exemplo, Vannevar Bush. Chegou ao MIT en 1919, cando tiña 29 anos. Pouco máis de 20 anos despois, foi unha das persoas que influíu na participación dos Estados Unidos na Segunda Guerra Mundial e axudou a aumentar o financiamento do goberno, o que cambiou para sempre a relación entre o goberno, a academia e o desenvolvemento da ciencia e a tecnoloxía. Pero para os efectos deste artigo, estamos interesados nunha serie de máquinas que foron desenvolvidas no laboratorio de Bush a partir de mediados da década de 1920 e estaban destinadas a resolver o problema dos cálculos matemáticos.
O MIT, que se mudara recentemente do centro de Boston á beiramar do río Charles en Cambridge, estaba moi aliñado coas necesidades da industria. O propio Bush, ademais da súa cátedra, tiña intereses financeiros en varias empresas do campo da electrónica. Polo tanto, non debería sorprender que o problema que levou a Busch e os seus estudantes a traballar no novo dispositivo informático orixinouse na industria enerxética: simular o comportamento das liñas de transmisión en condicións de pico de carga. Obviamente, esta era só unha das moitas aplicacións posibles dos ordenadores: por todas partes facíanse cálculos matemáticos tediosos.
Busch e os seus colegas construíron por primeira vez dúas máquinas chamadas integraphs de produtos. Pero a máquina máis famosa e exitosa do MIT foi outra: analizador diferencial, rematada en 1931. Resolveu problemas coa transmisión de electricidade, calculou as órbitas dos electróns, as traxectorias da radiación cósmica no campo magnético terrestre e moito máis. Investigadores de todo o mundo, que necesitaban potencia informática, crearon decenas de copias e variacións do analizador diferencial na década de 1930. Algúns son incluso de Meccano (o análogo inglés dos xogos de construción para nenos estadounidenses da marca ).
Un analizador diferencial é un ordenador analóxico. As funcións matemáticas calculáronse utilizando varillas metálicas xiratorias, a velocidade de rotación de cada unha delas reflectía algún valor cuantitativo. O motor impulsaba unha varilla independente: unha variable (xeralmente representaba o tempo), que, á súa vez, facía xirar outras varillas (diferentes variables diferenciais) a través de conexións mecánicas e calculouse unha función en función da velocidade de rotación de entrada. Os resultados dos cálculos foron debuxados en papel en forma de curvas. Os compoñentes máis importantes eran os integradores, rodas que xiraban como discos. Os integradores poderían calcular a integral dunha curva sen tediosos cálculos manuais.
Analizador diferencial. Módulo integral: cunha tapa elevada, ao lado da fiestra hai táboas cos resultados dos cálculos e, no medio, un conxunto de varillas informáticas
Ningún dos compoñentes do analizador contiña relés de conmutación discretos nin ningún interruptor dixital. Entón, por que falamos deste dispositivo? A resposta é cuarto coche familiar.
A principios da década de 1930, Bush comezou a cortejar á Fundación Rockefeller para obter financiamento para o desenvolvemento do analizador. Warren Weaver, o xefe de ciencias naturais da fundación, inicialmente non estaba convencido. A enxeñería non era a súa área de especialización. Pero Busch promocionou o potencial ilimitado da súa nova máquina para aplicacións científicas, especialmente na bioloxía matemática, o proxecto mascota de Weaver. Bush tamén prometeu numerosas melloras no analizador, incluíndo "a capacidade de cambiar rapidamente o analizador dun problema a outro, como unha centralita telefónica". En 1936, os seus esforzos foron recompensados cunha subvención de 85 dólares para a creación dun novo dispositivo, que máis tarde foi chamado Rockefeller Differential Analyzer.
Como ordenador práctico, este analizador non foi un gran avance. Bush, que chegou a ser vicepresidente e decano de enxeñaría do MIT, non puido dedicar moito tempo a dirixir o desenvolvemento. De feito, pronto se retirou, asumindo funcións como presidente da Carnegie Institution en Washington. Bush sentía que a guerra se achegaba e tiña varias ideas científicas e industriais que podían satisfacer as necesidades dos militares. É dicir, quería estar máis preto do centro do poder, onde podería influír de xeito máis eficaz na resolución de determinadas cuestións.
Ao mesmo tempo, os problemas técnicos ditados polo novo deseño foron resoltos polo persoal do laboratorio, e pronto comezaron a ser desviados para traballar en problemas militares. A máquina Rockefeller foi completada só en 1942. Os militares considerárono útil para a produción en liña de táboas balísticas para artillería. Pero pronto este dispositivo foi eclipsado puramente dixital ordenadores—que representan números non como cantidades físicas, senón de xeito abstracto, usando posicións de interruptor. Aconteceu que o propio analizador Rockefeller utilizaba moitos interruptores similares, que consistían en circuítos de relé.
Shannon
En 1936, Claude Shannon tiña só 20 anos, pero xa se licenciara na Universidade de Michigan cunha licenciatura en enxeñaría eléctrica e matemáticas. Foi levado ao MIT por un folleto pegado nun taboleiro de anuncios. Vannevar Bush buscaba un novo asistente para traballar no analizador diferencial. Shannon presentou a súa solicitude sen dubidalo e pronto estivo traballando en novos problemas antes de que o novo dispositivo comezase a tomar forma.
Shannon non era nada como Bush. Non era un empresario, nin un construtor de imperios académicos, nin un administrador. Toda a vida encantáronlle os xogos, os crebacabezas e o entretemento: xadrez, malabares, labirintos, criptogramas. Como moitos homes da súa época, durante a guerra Shannon dedicouse a negocios serios: ocupou un posto nos Laboratorios Bell baixo un contrato do goberno, que protexía o seu fráxil corpo do reclutamento militar. As súas investigacións sobre o control do lume e a criptografía durante este período levaron á súa vez a un traballo seminal sobre a teoría da información (que non abordaremos). Na década de 1950, ao remitir a guerra e as súas consecuencias, Shannon volveu dar clases no MIT, dedicando o seu tempo libre a diversións: unha calculadora que funcionaba exclusivamente con números romanos; unha máquina, ao acender, saíu dela un brazo mecánico e apagou a máquina.
A estrutura da máquina Rockefeller que atopou Shannon era loxicamente a mesma que a do analizador de 1931, pero construíuse a partir de compoñentes físicos completamente diferentes. Busch deuse conta de que as varillas e os engrenaxes mecánicos das máquinas máis antigas reducían a eficiencia do seu uso: para realizar cálculos, había que configurar a máquina, o que requiría moitas horas de traballo por parte de mecánicos cualificados.
O novo analizador perdeu este inconveniente. O seu deseño non se baseou nunha mesa con varillas, senón nun conmutador de discos cruzados, un prototipo excedente doado por Bell Labs. En lugar de transmitir enerxía desde un eixe central, cada módulo integral era impulsado de forma independente por un motor eléctrico. Para configurar a máquina para resolver un novo problema, bastaba con simplemente configurar os relés na matriz de coordenadas para conectar os integradores na secuencia desexada. Un lector de cinta perforada (prestado doutro dispositivo de telecomunicacións, o teletipo en rollo) lía a configuración da máquina e un circuíto de relé convertía o sinal da cinta en sinais de control para a matriz; era como establecer unha serie de chamadas telefónicas entre integradores.
A nova máquina non só era moito máis rápida e fácil de configurar, senón que tamén era máis rápida e precisa que a súa predecesora. Podería resolver problemas máis complexos. Hoxe este ordenador podería considerarse primitivo, incluso extravagante, pero daquela aos observadores parecíalles unha intelixencia estupenda -ou quizais terrible- no traballo:
Basicamente, é un robot matemático. Un autómata alimentado eléctricamente deseñado non só para aliviar o cerebro humano da pesada carga de cálculos e análises, senón para atacar e resolver problemas matemáticos que a mente non pode resolver.
Shannon concentrouse en converter os datos da cinta de papel en instrucións para o "cerebro", e o circuíto de relés foi o responsable desta operación. Notou a correspondencia entre a estrutura do circuíto e as estruturas matemáticas da álxebra de Boole, que estudou na escola de posgrao en Michigan. Esta é unha álxebra cuxos operandos foron VERDADEIRO e FALSO, e por operadores - E, OU, NON etc Álxebra correspondente a enunciados lóxicos.
Despois de pasar o verán de 1937 traballando nos Bell Labs de Manhattan (un lugar ideal para pensar nos circuítos de relés), Shannon escribiu o seu traballo fin de máster titulado "A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits". Xunto co traballo de Alan Turing o ano anterior, a tese de Shannon constituíu a base da ciencia da computación.
Nas décadas de 1940 e 1950, Shannon construíu varias máquinas informáticas/lóxicas: a calculadora de cálculo romano THROBAC, unha máquina de final de xogo de xadrez e Teseo, un labirinto polo que se movía un rato electromecánico (na imaxe)
Shannon descubriu que un sistema de ecuacións lóxicas proposicionais podería converterse directamente mecánicamente nun circuíto físico de interruptores de relé. Concluíu: "Prácticamente calquera operación que se poida describir nun número finito de pasos usando palabras SE, E, OU etc., pódese realizar automaticamente mediante un relé." Por exemplo, dous relés de interruptor controlados conectados en serie forman un lóxico И: A corrente fluirá polo cable principal só cando ambos electroimáns estean activados para pechar os interruptores. Ao mesmo tempo, dous relés conectados en paralelo Ou: A corrente circula polo circuíto principal, activada por un dos electroimáns. A saída deste circuíto lóxico pode, á súa vez, controlar os electroimáns doutros relés para producir operacións lóxicas máis complexas como (A И B) ou (C И G).
Shannon concluíu a súa tese cun apéndice que contén varios exemplos de circuítos creados co seu método. Dado que as operacións da álxebra de Boole son moi similares ás operacións aritméticas en binario (é dicir, usando números binarios), mostrou como un relé se podía montar nun "sumador eléctrico en binario"; chamámoslle sumador binario. Uns meses despois, un dos científicos de Bell Labs construíu un sumador deste tipo na mesa da súa cociña.
Stibitz
George Stibitz, un investigador do departamento de matemáticas da sede dos Bell Labs en Manhattan, levou a casa un estraño conxunto de equipos nunha escura noite de novembro de 1937. Células de batería secas, dúas pequenas luces para os paneis de hardware e un par de relés tipo U planos que se atopan nunha papeleira. Engadindo algúns cables e algo de lixo, montou un dispositivo que podía engadir dous números binarios dun díxito (representados pola presenza ou ausencia dunha tensión de entrada) e emitir un número de dous díxitos usando lámpadas: un para acendido, cero. para apagado.
Sumador de Stiebitz binario
A Stiebitz, un físico de formación, pedíronlle que avaliase as propiedades físicas dos imáns de relé. Non tiña experiencia previa con relés, polo que comezou estudando o seu uso nos circuítos telefónicos de Bell. George pronto notou semellanzas entre algúns dos circuítos e operacións aritméticas binarias. Intrigado, montou o seu proxecto paralelo na mesa da cociña.
Nun primeiro momento, a incursión de Stiebitz cos relés espertou pouco interese entre a dirección de Bell Labs. Pero en 1938, o xefe do grupo de investigación preguntoulle a George se as súas calculadoras podían usarse para operacións aritméticas con números complexos (p. a+bionde i é a raíz cadrada dun número negativo). Descubriuse que varios departamentos de computación dos Laboratorios Bell xa gemían porque constantemente tiñan que multiplicar e dividir tales números. Multiplicar un número complexo requiriu catro operacións aritméticas nunha calculadora de escritorio, a división requiriu 16 operacións. Stibitz dixo que podería resolver o problema e deseñou un circuíto de máquina para tales cálculos.
O deseño final, que foi plasmado en metal polo enxeñeiro telefónico Samuel Williams, chamouse Complex Number Computer -ou Complex Computer para abreviar- e lanzouse en 1940. Utilizáronse 450 relés para os cálculos, os resultados intermedios almacenáronse en dez interruptores de coordenadas. Os datos foron introducidos e recibidos mediante un teletipo de rolo. Os departamentos de Bell Labs instalaron tres teletipos deste tipo, o que indica unha gran necesidade de potencia informática. Relés, matriz, teletipos - en todos os sentidos foi un produto do sistema Bell.
A mellor hora de Complex Computer foi o 11 de setembro de 1940. Stiebitz presentou un informe sobre o ordenador nunha reunión da Sociedade Americana de Matemáticas no Dartmouth College. Aceptou que se instalase alí un teletipo cunha conexión telegráfica a Complex Computer en Manhattan, a 400 quilómetros de distancia. Os interesados poderían acudir ao teletipo, introducir as condicións do problema no teclado e ver como en menos dun minuto o teletipo imprime de xeito máxico o resultado. Entre os que probaron o novo produto estaban John Mauchly e John von Neumann, cada un dos cales desempeñaría un papel importante na continuación da nosa historia.
Os participantes da reunión viron unha breve visión do mundo futuro. Máis tarde, os ordenadores foron tan caros que os administradores xa non podían permitirse o luxo de deixalos inactivos mentres o usuario se rascaba o queixo diante da consola de xestión, preguntándose que escribir a continuación. Durante os próximos 20 anos, os científicos pensarán en como construír ordenadores de propósito xeral que sempre estarán esperando a que ingrese datos neles, aínda que se traballe noutra cousa. E despois pasarán outros 20 anos ata que este modo interactivo de computación se converta á orde do día.
Stiebitz detrás da terminal interactiva de Dartmouth na década de 1960. Dartmouth College foi un pioneiro na informática interactiva. Stiebitz converteuse en profesor universitario en 1964
Sorprende que, a pesar dos problemas que soluciona, Complex Computer, segundo os estándares modernos, non sexa en absoluto un ordenador. Podería realizar operacións aritméticas sobre números complexos e probablemente resolver outros problemas similares, pero non problemas de propósito xeral. Non era programable. Non podía realizar operacións en orde aleatoria ou repetidamente. Era unha calculadora capaz de facer certos cálculos moito mellor que as súas predecesoras.
Co estalido da Segunda Guerra Mundial, Bell, baixo o liderado de Stiebitz, creou unha serie de computadoras chamadas Modelo II, Modelo III e Modelo IV (Computadora Complexa, en consecuencia, chamouse Modelo I). A maioría deles foron construídos a petición do Comité de Investigación de Defensa Nacional, e estaba dirixido nada menos que por Vannevar Bush. Stibitz mellorou o deseño das máquinas en canto a maior versatilidade de funcións e programabilidade.
Por exemplo, a Calculadora Balística (máis tarde Modelo III) foi desenvolvida para as necesidades dos sistemas de control de incendios antiaéreos. Entrou en servizo en 1944 en Fort Bliss, Texas. O dispositivo contiña 1400 relés e podía executar un programa de operacións matemáticas determinadas por unha secuencia de instrucións nunha cinta de papel enrolada. Entregouse por separado unha cinta con datos de entrada e os datos tabulares por separado. Isto permitiu atopar rapidamente os valores de, por exemplo, funcións trigonométricas sen cálculos reais. Os enxeñeiros de Bell desenvolveron circuítos de busca especiais (circuítos de caza) que escaneaban a cinta cara adiante/atrás e buscaban o enderezo do valor da táboa desexado, independentemente dos cálculos. Stibitz descubriu que o seu ordenador Modelo III, facendo clic en relés día e noite, substituíu 25-40 ordenadores.
Bastidores de relés Bell Modelo III
O coche modelo V xa non tiña tempo de ver o servizo militar. Tornouse aínda máis versátil e poderoso. Se avaliamos o número de ordenadores que substituíu, entón era aproximadamente dez veces maior que o Modelo III. Varios módulos informáticos con 9 mil relés podían recibir datos de entrada de varias estacións, onde os usuarios ingresaban as condicións de diferentes tarefas. Cada estación tiña un lector de cinta para a entrada de datos e cinco para instrucións. Isto permitiu chamar a varias subrutinas desde a cinta principal ao calcular unha tarefa. O módulo de control principal (esencialmente un análogo do sistema operativo) distribuía instrucións entre os módulos informáticos dependendo da súa dispoñibilidade, e os programas podían realizar ramas condicionais. Xa non era só unha calculadora.
Ano dos Milagres: 1937
O ano 1937 pódese considerar un punto de inflexión na historia da informática. Ese ano, Shannon e Stibitz notaron semellanzas entre os circuítos de relés e as funcións matemáticas. Estes descubrimentos levaron a Bell Labs a crear unha serie de importantes máquinas dixitais. Foi algo así -ou mesmo substitución- cando un modesto relé telefónico, sen cambiar a súa forma física, converteuse na encarnación da matemática e da lóxica abstractas.
No mesmo ano no número de xaneiro da publicación Actas da London Mathematical Society publicou un artigo do matemático británico Alan Turing “On computable numbers in relation to "(Sobre números computables, cunha aplicación ao Entscheidungsproblem). Describía unha máquina informática universal: o autor argumentaba que podía realizar accións loxicamente equivalentes ás accións dos ordenadores humanos. Turing, que ingresara na escola de posgrao na Universidade de Princeton o ano anterior, tamén estaba intrigado polos circuítos de relevo. E, como Bush, preocúpalle a crecente ameaza de guerra con Alemaña. Entón, asumiu un proxecto de criptografía secundaria: un multiplicador binario que podería usarse para cifrar as comunicacións militares. Turing construíuno a partir de relés montados no taller de máquinas da universidade.
Tamén en 1937, Howard Aiken estaba pensando nunha proposta de máquina de cálculo automática. Un estudante de enxeñería eléctrica de Harvard, Aiken fixo a súa parte xusta de cálculos usando só unha calculadora mecánica e libros impresos de táboas de matemáticas. Propuxo un deseño que eliminaría esta rutina. A diferenza dos dispositivos informáticos existentes, suponse que procesaba os procesos de forma automática e cíclica, utilizando os resultados dos cálculos anteriores como entrada para o seguinte.
Mentres tanto, na Nippon Electric Company, o enxeñeiro de telecomunicacións Akira Nakashima levaba explorando as conexións entre os circuítos de relés e as matemáticas desde 1935. Finalmente, en 1938, probou de forma independente a equivalencia dos circuítos de retransmisión coa álxebra de Boole, que Shannon descubrira un ano antes.
En Berlín, Konrad Zuse, un antigo enxeñeiro aeronáutico canso dos interminables cálculos necesarios no traballo, buscaba fondos para construír un segundo ordenador. Non puido facer funcionar de forma fiable o seu primeiro dispositivo mecánico, o V1, polo que quería facer unha computadora de relevo, que desenvolveu co seu amigo, o enxeñeiro de telecomunicacións Helmut Schreyer.
A versatilidade dos relés telefónicos, as conclusións sobre a lóxica matemática, o desexo das mentes brillantes de desfacerse do traballo que entorpece a mente - todo isto entrelazouse e levou á aparición da idea dun novo tipo de máquina lóxica.
Xeración esquecida
Os froitos dos descubrimentos e desenvolvementos de 1937 tiveron que madurar durante varios anos. A guerra resultou ser o fertilizante máis poderoso e, coa súa aparición, as computadoras de relevo comezaron a aparecer alí onde existía a experiencia técnica necesaria. A lóxica matemática converteuse no enreixado das vides da enxeñaría eléctrica. Xurdiron novas formas de máquinas informáticas programables: o primeiro esbozo dos ordenadores modernos.
Ademais das máquinas de Stiebitz, en 1944 os EE. UU. poderían presumir da Calculadora Controlada de Secuencia Automática de Harvard Mark I/IBM (ASCC), resultado da proposta de Aiken. O dobre nome xurdiu debido ao deterioro das relacións entre a academia e a industria: todos reclamaban dereitos sobre o dispositivo. O Mark I/ASCC utilizaba circuítos de control de relés, pero a unidade aritmética principal estaba baseada na arquitectura das calculadoras mecánicas de IBM. O vehículo foi creado para as necesidades da Oficina de Construción Naval dos Estados Unidos. O seu sucesor, o Mark II, comezou a operar en 1948 nun lugar de probas da Mariña, e todas as súas operacións baseáronse enteiramente en relés: 13 relés.
Durante a guerra, Zuse construíu varias computadoras de relevo, cada vez máis complexas. A culminación foi o V4, que, como o Bell Model V, incluía axustes para chamar a subrutinas e realizaba ramas condicionais. Debido á escaseza de material en Xapón, ningún dos deseños de Nakashima e os seus compatriotas foron realizados en metal ata que o país se recuperou da guerra. Na década de 1950, o recentemente formado Ministerio de Comercio Exterior e Industria financiou a creación de dúas máquinas de relevo, a segunda das cales era un monstro con 20 mil relevos. Fujitsu, que participou na creación, desenvolveu os seus propios produtos comerciais.
Hoxe estas máquinas están case completamente esquecidas. Só queda un nome na memoria: ENIAC. O motivo do esquecemento non está relacionado coa súa complexidade, ou capacidades ou velocidade. As propiedades computacionais e lóxicas dos relés, descubertas por científicos e investigadores, aplícanse a calquera tipo de dispositivo que poida actuar como interruptor. E así ocorreu que outro dispositivo similar estaba dispoñible - electrónico un interruptor que podería funcionar centos de veces máis rápido que un relé.
A importancia da Segunda Guerra Mundial na historia da informática xa debería ser obvia. A guerra máis terrible converteuse no impulso para o desenvolvemento das máquinas electrónicas. O seu lanzamento liberou os recursos necesarios para superar as evidentes deficiencias dos interruptores electrónicos. O reinado das computadoras electromecánicas foi de curta duración. Como os Titáns, foron derrubados polos seus fillos. Como os relés, a conmutación electrónica xurdiu das necesidades da industria das telecomunicacións. E para saber de onde veu, hai que rebobinar a nosa historia ata un momento dos albores da era da radio.
Fonte: www.habr.com