Miénkben ismertette az automatikus telefonkapcsolók térnyerését, amelyeket relé áramkörökkel vezéreltek. Ezúttal arról szeretnénk beszélni, hogy a tudósok és mérnökök hogyan fejlesztették ki a relé áramköröket a digitális számítógépek első - mára elfeledett - generációjában.
Relé a zenitjén
Ha emlékszel, a relé működése egy egyszerű elven alapul: az elektromágnes egy fém kapcsolót működtet. A relé ötletét az 1830-as években több természettudós és vállalkozó terjesztette elő a távíró üzletágban. Aztán a XNUMX. század közepén a feltalálók és a szerelők a reléket a távíróhálózatok megbízható és nélkülözhetetlen elemévé tették. A relé élete ezen a területen érte el a tetőfokát: miniatürizálták, és mérnökgenerációk számtalan tervet készítettek, miközben formálisan képezték a matematikát és a fizikát.
A 1870. század elején nemcsak az automatikus kapcsolórendszerek, hanem szinte minden telefonhálózati berendezés is tartalmazott valamilyen relét. A telefonkommunikáció egyik legkorábbi felhasználása az XNUMX-es évekre nyúlik vissza, kézi kapcsolótáblákban. Amikor az előfizető elfordította a telefon fogantyúját (magneto fogantyú), jelet küldtek a telefonközpontba, bekapcsolva a turmixgépet. A blanker egy relé, amely működésbe lépésekor egy fém csappantyú esik a telefonkezelő kapcsolópultjára, jelezve a bejövő hívást. Ezután a fiatal kezelő hölgy bedugta a dugót a csatlakozóba, a relét visszaállították, ami után ismét fel lehetett emelni a fedelet, amit az elektromágnes tartott ebben a helyzetben.
1924-re két Bell mérnök azt írta, hogy a tipikus kézi telefonközpont körülbelül 10 40 előfizetőt szolgált ki. Felszerelése 65-10 ezer relét tartalmazott, amelyek teljes mágneses ereje „XNUMX tonna emelésére volt elegendő”. A nagy, gépi kapcsolós telefonközpontokban ezeket a jellemzőket kettővel megszorozták. Az Egyesült Államok telefonrendszerében sok millió relét használtak, és a telefonközpontok automatizálásával a szám folyamatosan nőtt. Egy telefonkapcsolatot az érintett telefonközpontok számától és felszereltségétől függően néhánytól több száz relé szolgálhat ki.
A Western Electric, a Bell Corporation gyártó leányvállalatának gyárai a relék hatalmas választékát gyártották. A mérnökök annyi módosítást készítettek, hogy a legkifinomultabb kutyatenyésztők vagy galambtartók megirigyelnék ezt a fajtát. A relé működési sebességét és érzékenységét optimalizálták, a méreteket csökkentették. 1921-ben a Western Electric közel 5 millió relét gyártott száz alaptípusból. A legnépszerűbb az E típusú univerzális relé volt, egy lapos, majdnem téglalap alakú, több tíz grammot nyomó eszköz. Nagyrészt sajtolt fémalkatrészekből készült, azaz technológiailag fejlett volt a gyártásban. A ház védte az érintkezőket a portól és a szomszédos eszközök indukált áramától: a relék általában egymáshoz közel, több száz és ezer relékkel ellátott rackbe kerültek. Összesen 3 E típusú változatot fejlesztettek ki, mindegyik más-más tekercselési és érintkezési konfigurációval.
Hamarosan ezeket a reléket a legbonyolultabb kapcsolókban kezdték használni.
Koordináta kommutátor
1910-ben Gotthilf Betulandernek, a Royal Telegrafverket mérnökének, a svéd telefonpiac nagy részét (évtizedeken át, szinte az egészet) irányító állami vállalatnál támadt egy ötlete. Úgy vélte, nagyban javíthatja a Telegrafverket működésének hatékonyságát, ha teljesen reléken alapuló automatikus kapcsolórendszereket épít. Pontosabban relémátrixokon: telefonvonalakra kötött acélrudak rácsai, a rudak metszéspontjában relék. Egy ilyen kapcsolónak gyorsabbnak, megbízhatóbbnak és könnyebben karbantarthatónak kell lennie, mint a csúszó vagy forgó érintkezőkön alapuló rendszerek.
Sőt, a Betulander azzal az ötlettel állt elő, hogy a rendszer kiválasztó és csatlakozó részeit független relé áramkörökre lehessen szétválasztani. A rendszer többi részét pedig csak egy hangcsatorna létrehozására szabad használni, majd fel kell szabadítani egy másik hívás kezelésére. Vagyis Betulander egy olyan ötlettel állt elő, amelyet később „közös irányításnak” neveztek.
A bejövő hívószámot tároló áramkört „rögzítőnek” nevezte (egy másik kifejezés a regiszter). És azt az áramkört, amely megtalálja és „megjelöl” egy elérhető kapcsolatot a rácsban, „jelölőnek” nevezik. A szerző szabadalmaztatta rendszerét. Több ilyen állomás jelent meg Stockholmban és Londonban. 1918-ban pedig Betulander megismert egy amerikai újítást: a koordinátakapcsolót, amelyet John Reynolds, a Bell mérnöke készített öt évvel korábban. Ez a kapcsoló nagyon hasonlított a Betulander kialakításához, de használt n+m szerviz relé n+m mátrix csomópontok, ami sokkal kényelmesebb volt a telefonközpontok további bővítéséhez. Csatlakozás létrehozásakor a tartórúd megszorította a zongora húr "ujjait", és a kiválasztó rúd a mátrix mentén mozgott, hogy egy másik híváshoz csatlakozzon. A következő évben Betulander beépítette ezt az ötletet a kapcsolótervezésébe.
De a legtöbb mérnök különösnek és szükségtelenül bonyolultnak tartotta Betulander alkotását. Amikor eljött az ideje egy kapcsolórendszer kiválasztásának Svédország legnagyobb városainak hálózatainak automatizálására, a Telegrafverket az Ericsson által kifejlesztett tervet választotta. A Betulander kapcsolókat csak kis vidéki telefonközpontokban használták: a relék megbízhatóbbak voltak, mint az Ericsson kapcsolók motoros automatizálása, és nem igényeltek karbantartót minden központon.
Az amerikai telefonmérnökök azonban más véleményen voltak ebben a kérdésben. 1930-ban a Bell Labs szakemberei Svédországba érkeztek, és „nagyon lenyűgözték őket a koordinátakapcsoló modul paraméterei”. Amikor az amerikaiak visszatértek, azonnal elkezdtek dolgozni az 1. számú koordinátarendszeren, amely a nagyvárosok panelkapcsolóit váltotta fel. 1938-ra két ilyen rendszert telepítettek New Yorkban. Hamarosan a városi telefonközpontok alapfelszereltségévé váltak, mígnem több mint 30 évvel később elektronikus kapcsolók váltották fel őket.
Az X-Switch No. 1 legérdekesebb komponense a Bellnél kifejlesztett új, összetettebb marker volt. Több, egymáshoz kapcsolódó koordinátamodulon keresztül szabad útvonalat kerestek a hívótól a hívott felé, ezzel telefonkapcsolatot hozva létre. A jelölőnek minden kapcsolatot le kellett tesztelnie a szabad/elfoglalt állapotra is. Ehhez a feltételes logika alkalmazására volt szükség. Ahogy Robert Chapuis történész írta:
A választás feltételes, mert egy szabad kapcsolat csak akkor tart fenn, ha hozzáférést biztosít egy olyan hálózathoz, amelynek kimeneteként szabad kapcsolat van a következő szinttel. Ha több kapcsolatkészlet teljesíti a kívánt feltételeket, akkor a "preferenciális logika" a legkevesebb kapcsolatot választja ki...
A koordinátaváltó remek példája a technológiai ötletek keresztezésének. Betulander megalkotta a teljes relé kapcsolóját, majd egy Reynolds kapcsolómátrixszal továbbfejlesztette, és bebizonyította az így kapott kialakítás teljesítményét. Az AT&T mérnökei később újratervezték ezt a hibrid kapcsolót, továbbfejlesztették, és létrehozták az 1. koordinátarendszert. Ez a rendszer aztán két korai számítógép alkotóeleme lett, amelyek közül az egyik mérföldkőnek számít a számítástechnika történetében.
Matematikai munka
Ahhoz, hogy megértsük, hogyan és miért segítettek a relék és elektronikus rokonaik forradalmasítani a számítástechnikát, rövid bepillantást kell vetnünk a kalkulus világába. Utána kiderül, miért volt rejtett igény a számítási folyamatok optimalizálására.
A XNUMX. század elejére a modern tudomány és mérnöki tudomány egész rendszere több ezer ember matematikai számításokat végző munkáján alapult. Felhívták őket számítógépek (számítógépek) [A félreértések elkerülése érdekében a kifejezést az egész szövegben használjuk számológépek. - Jegyzet. sáv]. Az 1820-as években Charles Babbage alkotott (bár apparátusának voltak ideológiai elődei). Fő feladata a matematikai táblázatok készítésének automatizálása volt, például navigációhoz (trigonometrikus függvények számítása polinomiális közelítésekkel 0 fokon, 0,01 fokon, 0,02 fokon stb.). A csillagászatban is nagy volt az igény a matematikai számításokra: szükség volt az égi szféra rögzített területein végzett teleszkópos megfigyelések nyers eredményeinek feldolgozására (a megfigyelések időpontjától és dátumától függően), vagy új objektumok pályájának meghatározására (pl. Halley-üstökös).
Babbage óta sokszorosára nőtt az igény a számítástechnikai gépekre. A villamosenergia-ipari vállalatoknak meg kellett érteniük a rendkívül összetett dinamikus tulajdonságokkal rendelkező gerinchálózati energiaátviteli rendszerek viselkedését. A Bessemer acélágyúkhoz, amelyek képesek voltak lövedékeket dobni a horizont fölé (és ezért a célpont közvetlen megfigyelésének köszönhetően már nem voltak célozva), egyre pontosabb ballisztikus asztalokra volt szükség. A nagy mennyiségű matematikai számításokat magában foglaló új statisztikai eszközöket (például a legkisebb négyzetek módszerét) egyre gyakrabban alkalmazták mind a tudományban, mind a növekvő kormányzati apparátusban. Az egyetemeken, kormányzati szerveken és ipari vállalatokon számítástechnikai osztályok alakultak ki, amelyek jellemzően nőket toboroztak.
A mechanikus számológépek csak megkönnyítették a számítások problémáját, de nem oldották meg. A számológépek felgyorsították az aritmetikai műveleteket, de minden összetett tudományos vagy mérnöki probléma több száz vagy több ezer műveletet igényelt, amelyeket az (emberi) számológépnek manuálisan kellett végrehajtania, gondosan rögzítve az összes közbenső eredményt.
Számos tényező járult hozzá a matematikai számítások problémájának új megközelítéseinek megjelenéséhez. Fiatal tudósok és mérnökök, akik fájdalmasan kalkulálták éjszakai feladataikat, pihentetni akarták a kezüket és a szemüket. A projektmenedzserek kénytelenek voltak egyre több pénzt kifizetni számos számítógép fizetésére, különösen az első világháború után. Végül sok fejlett tudományos és mérnöki problémát nehéz volt kézzel kiszámítani. Mindezek a tényezők egy sor számítógép létrehozásához vezettek, amelyeken a munkát Vannevar Bush, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) villamosmérnökének vezetésével végezték.
Differenciál elemző
Eddig a pontig a történelem gyakran személytelen volt, de most többet fogunk beszélni konkrét emberekről. A hírnév átszállt a panelkapcsoló, az E típusú relé és a kijelzési jelzőáramkör alkotóira. Még életrajzi anekdoták sem maradtak fenn róluk. Életük egyetlen nyilvános bizonyítéka az általuk létrehozott gépek fosszilis maradványai.
Most már mélyebben megérthetjük az embereket és múltjukat. De már nem fogunk találkozni azokkal, akik keményen dolgoztak otthon a padlásokon és a műhelyekben – Morse és Vail, Bell és Watson. Az első világháború végére a hősies feltalálók korszaka majdnem véget ért. Thomas Edison átmeneti figurának tekinthető: pályafutása elején bérfeltaláló volt, a végére pedig egy „találmánygyár” tulajdonosa lett. Addigra a legfigyelemreméltóbb új technológiák fejlesztése a szervezetek – egyetemek, vállalati kutatórészlegek, kormányzati laboratóriumok – hatalmába került. Azok, akikről ebben a részben beszélünk, ilyen szervezetekhez tartoztak.
Például Vannevar Bush. 1919-ben érkezett az MIT-re, 29 évesen. Valamivel több mint 20 évvel később egyike volt azoknak, akik befolyásolták az Egyesült Államok részvételét a második világháborúban, és segítettek növelni a kormányzati finanszírozást, ami örökre megváltoztatta a kormányzat, az akadémia, valamint a tudomány és technológia fejlődése közötti kapcsolatot. De e cikk céljaira egy sor gép érdekel, amelyeket a Bush-laboratóriumban fejlesztettek ki az 1920-as évek közepétől, és amelyek a matematikai számítások problémájának megoldására szolgáltak.
Az MIT, amely nemrég költözött Boston központjából a cambridge-i Charles River vízpartra, szorosan igazodott az ipar igényeihez. Bushnak professzori állása mellett több elektronikai vállalkozásban volt pénzügyi érdekeltsége. Így nem meglepő, hogy a probléma, ami miatt Busch és tanítványai az új számítástechnikai eszközön dolgoztak, az energiaiparból származik: a távvezetékek csúcsterhelési viszonyok között való viselkedésének szimulálása. Nyilvánvalóan ez csak egy volt a számítógépek sok lehetséges alkalmazása közül: mindenhol fárasztó matematikai számításokat végeztek.
Busch és kollégái először két gépet építettek, úgynevezett termékintegráfokat. De a leghíresebb és legsikeresebb MIT gép egy másik volt - differenciálelemző1931-ben fejeződött be. Megoldotta az elektromosság átvitelével kapcsolatos problémákat, kiszámította az elektronok pályáját, a kozmikus sugárzás pályáit a Föld mágneses terén, és még sok mást. A számítási teljesítményre szoruló kutatók világszerte több tucat másolatot és variációt készítettek a differenciálelemzőről az 1930-as években. Némelyik még a Meccano-ból származik (a márka amerikai gyermek építőkészleteinek angol analógja ).
A differenciálelemző egy analóg számítógép. A matematikai függvényeket forgó fémrudak segítségével számítottam ki, amelyek mindegyikének forgási sebessége valamilyen mennyiségi értéket tükröz. A motor egy független rudat hajtott - egy változót (általában ez az időt jelentette), amely viszont mechanikus kapcsolatokon keresztül más rudakat (különböző differenciálváltozókat) forgatott, és a bemeneti forgási sebesség alapján egy függvényt számítottak ki. A számítások eredményeit papírra rajzoltuk görbék formájában. A legfontosabb alkatrészek az integrátorok voltak - a kerekek, amelyek tárcsákként forogtak. Az integrátorok fárasztó kézi számítások nélkül is kiszámíthatják a görbe integrálját.
Differenciál elemző. Integrált modul - megemelt fedéllel, az ablak oldalán táblázatok találhatók a számítások eredményeivel, és középen - egy sor számítási rúd
Az analizátor egyik alkatrésze sem tartalmazott diszkrét kapcsolórelét vagy digitális kapcsolót. Akkor miért erről az eszközről beszélünk? A válasz negyedik családi autó.
Az 1930-as évek elején Bush udvarolni kezdett a Rockefeller Alapítványnak, hogy finanszírozást szerezzen az analizátor továbbfejlesztéséhez. Warren Weaver, az alapítvány természettudományi vezetője eleinte nem volt meggyőzve. A mérnöki munka nem volt az ő szakterülete. Busch azonban megemlítette új gépében rejlő határtalan lehetőségeket a tudományos alkalmazásokban – különösen a matematikai biológiában, Weaver kisállat projektjében. Bush számos fejlesztést is ígért az analizátoron, beleértve "az analizátor gyors átkapcsolását egyik problémáról a másikra, mint egy telefonközpont". 1936-ban erőfeszítéseit 85 XNUMX dolláros támogatással jutalmazták egy új készülék megalkotására, amelyet később Rockefeller Differential Analyzernek neveztek el.
Praktikus számítógépként ez az elemző nem jelentett nagy áttörést. Bush, aki az MIT alelnöke és mérnöki dékán lett, nem tudott sok időt fordítani a fejlesztés irányítására. Sőt, hamarosan visszavonult, és a washingtoni Carnegie Intézet elnöki posztját töltötte be. Bush érezte a háború közeledtét, és számos tudományos és ipari ötlete volt, amelyek a katonaság igényeit szolgálhatják. Vagyis közelebb akart kerülni a hatalmi központhoz, ahol hatékonyabban tudja befolyásolni bizonyos kérdések megoldását.
Ezzel párhuzamosan az új konstrukció diktálta műszaki problémákat a laboratórium munkatársai megoldották, és hamarosan elkezdték a katonai problémákra terelni őket. A Rockefeller gép csak 1942-ben készült el. A katonaság hasznosnak találta a tüzérségi ballisztikus asztalok soros gyártásához. De hamarosan ezt az eszközt teljesen elhomályosították digitális számítógépek – a számokat nem fizikai mennyiségként ábrázolják, hanem absztrakt módon, kapcsolóállások használatával. Történt ugyanis, hogy maga a Rockefeller analizátor is elég sok hasonló kapcsolót használt, amelyek relé áramkörökből álltak.
Shannon
1936-ban Claude Shannon még csak 20 éves volt, de már a Michigani Egyetemen végzett villamosmérnöki és matematikai alapdiplomával. Egy faliújságra tűzött szórólap hozta az MIT-re. Vannevar Bush új asszisztenst keresett, aki a differenciálelemzőn dolgozna. Shannon habozás nélkül benyújtotta jelentkezését, és hamarosan újabb problémákon dolgozott, mielőtt az új készülék formát öltene.
Shannon nem volt olyan, mint Bush. Nem volt sem üzletember, sem akadémiai birodalomépítő, sem rendszergazda. Egész életében szerette a játékokat, a rejtvényeket és a szórakozást: sakkot, zsonglőrködést, útvesztőket, titkosírásokat. Mint korának sok embere, Shannon is komoly üzletnek szentelte magát a háború alatt: a Bell Labs-nál töltött be pozíciót egy kormányzati szerződés alapján, amely megvédte törékeny testét a katonai szolgálattól. Ebben az időszakban a tűzvezérléssel és a kriptográfiával kapcsolatos kutatásai az információelmélet alapművéhez vezettek (amire nem térünk ki). Az 1950-es években, ahogy a háború és következményei alábbhagytak, Shannon visszatért az MIT-n tanítani, és szabadidejét elterelésekkel töltötte: egy számológép, amely kizárólag római számokkal dolgozott; egy gép, amikor bekapcsolták, egy mechanikus kar jelent meg belőle és kikapcsolta a gépet.
A Shannon által talált Rockefeller-gép felépítése logikusan megegyezett az 1931-es analizátoréval, de teljesen más fizikai alkatrészekből épült fel. Busch rájött, hogy a régebbi gépek rudai és mechanikus fogaskerekei csökkentik használatuk hatékonyságát: a számítások elvégzéséhez be kell állítani a gépet, ami sok munkaórát igényel a szakképzett szerelőktől.
Az új analizátor elvesztette ezt a hátrányt. Tervezésének alapja nem egy rudas asztal, hanem egy kereszttárcsás kommutátor, a Bell Labs által adományozott felesleges prototípus. Ahelyett, hogy egy központi tengelyről adták volna át a teljesítményt, minden integrált modult egymástól függetlenül egy villanymotor hajtott. A gép konfigurálásához egy új probléma megoldására elég volt egyszerűen konfigurálni a reléket a koordinátamátrixban, hogy az integrátorokat a kívánt sorrendben csatlakoztassa. Egy lyukszalag-olvasó (egy másik távközlési eszköztől, a tekercses teletípustól kölcsönözve) leolvassa a gép konfigurációját, egy relé áramkör pedig a szalagról érkező jelet vezérlőjelekké alakította át a mátrix számára – ez olyan volt, mintha telefonhívássorozatot állítottak volna össze az integrátorok között.
Az új gép nemcsak sokkal gyorsabb és könnyebben beállítható volt, hanem gyorsabb és pontosabb is, mint elődje. Bonyolultabb problémákat is meg tudott oldani. Manapság ezt a számítógépet primitívnek, sőt extravagánsnak is tarthatják, de akkoriban a megfigyelők úgy tűntek, hogy valami nagyszerű – vagy talán szörnyű – intelligencia dolgozik benne:
Alapvetően ez egy matematikai robot. Egy elektromos meghajtású automata, amelyet nemcsak arra terveztek, hogy mentesítse az emberi agyat a nehéz számítások és elemzések terhe alól, hanem arra is, hogy megtámadja és megoldja azokat a matematikai problémákat, amelyeket mentálisan nem lehet megoldani.
Shannon arra összpontosított, hogy a papírszalagról adatokat az „agynak” szóló utasításokká alakítsa át, és a relé áramkör volt felelős ezért a műveletért. Észrevette az összefüggést az áramkör szerkezete és a Boole-algebra matematikai struktúrái között, amelyet a michigani posztgraduális iskolában tanult. Ez egy algebra, amelynek operandusai voltak Igaz és hamis, és az üzemeltetők által - ÉS, VAGY, NEM stb Logikai állításoknak megfelelő algebra.
Miután 1937 nyarán a manhattani Bell Labs-ban dolgozott (ideális hely a relé áramkörökről való gondolkodáshoz), Shannon megírta diplomamunkáját "A relé és kapcsolóáramkörök szimbolikus elemzése" címmel. Alan Turing előző évi munkája mellett Shannon tézise képezte a számítástudomány alapját.
Az 1940-es és 1950-es években Shannon több számítástechnikai/logikai gépet épített: a THROBAC római számológépet, egy sakkvégjáték-gépet és a Theseust, egy labirintust, amelyen egy elektromechanikus egér mozgott (a képen)
Shannon felfedezte, hogy egy propozíciós logikai egyenletrendszer mechanikusan közvetlenül átalakítható relékapcsolók fizikai áramkörévé. Következtetése: „Gyakorlatilag minden olyan művelet, amely szavakkal véges számú lépésben leírható HA, ÉS, VAGY stb., automatikusan végrehajtható egy relé segítségével." Például két sorba kapcsolt vezérelt kapcsolórelé egy logikát alkot И: Az áram csak akkor folyik át a fő vezetéken, ha mindkét elektromágnes aktiválva van a kapcsolók zárásához. Ugyanakkor két relé párhuzamosan csatlakozik ИЛИ: Az áram átfolyik a főáramkörön, amelyet az egyik elektromágnes aktivál. Egy ilyen logikai áramkör kimenete viszont vezérelheti más relék elektromágneseit, hogy bonyolultabb logikai műveleteket hajtson végre, mint például (A И B) vagy (C И G).
Shannon a dolgozatát egy függelékkel zárta, amely számos példát tartalmazott az ő módszerével létrehozott áramkörökre. Mivel a Boole-algebra műveletei nagyon hasonlítanak a bináris (vagyis bináris számokat használó) aritmetikai műveletekhez, megmutatta, hogyan lehet egy relét összeállítani „bináris elektromos összeadóvá” – ezt bináris összeadónak nevezzük. Néhány hónappal később a Bell Labs egyik tudósa egy ilyen összeadót épített a konyhaasztalára.
Stibitz
George Stibitz, a Bell Labs manhattani központjának matematikai osztályának kutatója furcsa felszerelést hozott haza 1937 egy sötét novemberi estéjén. Száraz akkumulátorcellák, két kis lámpa a hardver panelekhez és néhány lapos U típusú relé egy szemetesben. Néhány vezeték és néhány szemét hozzáadásával összeállított egy olyan eszközt, amely két egyjegyű bináris számot tud összeadni (amelyet a bemeneti feszültség megléte vagy hiánya jelent), és izzók segítségével kétjegyű számot ad ki: egy a bekapcsolt, nulla. kikapcsolásra.
Bináris Stiebitz összeadó
Stiebitz, egy fizikus végzettségű, felkérték, hogy értékelje a relé mágnesek fizikai tulajdonságait. Egyáltalán nem volt korábbi tapasztalata a relékkel kapcsolatban, ezért a Bell telefonáramkörökben való használatukat tanulmányozta. George hamarosan észrevette a hasonlóságokat egyes áramkörök és a bináris aritmetikai műveletek között. Érdeklődve összeállította oldalprojektjét a konyhaasztalon.
Eleinte Stiebitz relékkel való böfögése csekély érdeklődést keltett a Bell Labs vezetői körében. De 1938-ban a kutatócsoport vezetője megkérdezte George-tól, hogy a számológépei használhatók-e komplex számokkal végzett aritmetikai műveletekre (pl. a+biAhol i egy negatív szám négyzetgyöke). Kiderült, hogy a Bell Labs több számítástechnikai részlege már nyögött, mert állandóan szorozni és osztani kellett az ilyen számokat. Egy komplex szám szorzásához négy aritmetikai műveletre volt szükség egy asztali számológépen, az osztáshoz 16 műveletre volt szükség. Stibitz azt mondta, hogy meg tudja oldani a problémát, és tervezett egy gépi áramkört az ilyen számításokhoz.
A végső tervet, amelyet Samuel Williams telefonmérnök fémben testesített meg, Complex Number Computernek – vagy röviden Complex Computernek – hívták, és 1940-ben dobták piacra. A számításokhoz 450 relét használtunk, a köztes eredményeket tíz koordinátakapcsolóban tároltuk. Az adatok bevitele és fogadása tekercs teletípus segítségével történt. A Bell Labs részlegei három ilyen teletípust telepítettek, ami nagy számítási teljesítményigényt jelez. Relék, mátrixok, teletípusok – minden tekintetben a Bell rendszer terméke volt.
A Complex Computer legszebb órája 11. szeptember 1940-én ütött el. Stiebitz jelentést mutatott be a számítógépről az Amerikai Matematikai Társaság ülésén a Dartmouth College-ban. Beleegyezett, hogy egy teletípust telepítenek oda, amely a 400 kilométerre lévő manhattani Complex Computerhez kapcsolódik. Az érdeklődők elmehettek a teletípiára, a billentyűzeten beírhatták a probléma körülményeit, és megnézhették, hogyan írja ki alig egy perc alatt varázsütésre az eredményt a teletípus. Az új terméket tesztelők között volt John Mauchly és John von Neumann is, akik mindegyike fontos szerepet játszik történetünk folytatásában.
A találkozó résztvevői rövid bepillantást láthattak a jövő világába. Később a számítógépek annyira megdrágultak, hogy az adminisztrátorok már nem engedhették meg maguknak, hogy tétlenül üljenek, miközben a felhasználó az állát vakargatta a kezelőkonzol előtt, és azon töprengett, mit írjanak ezután. Az elkövetkező 20 évben a tudósok azon fognak gondolkodni, hogyan építsenek olyan általános célú számítógépeket, amelyek mindig arra várnak, hogy Ön adatokat vigyen be, még akkor is, ha valami máson dolgozik. És akkor eltelik még 20 év, amíg ez az interaktív számítástechnikai mód napirendre válik.
Stiebitz a Dartmouth Interactive Terminal mögött az 1960-as években. A Dartmouth College úttörő volt az interaktív számítástechnikában. Stiebitz 1964-ben lett egyetemi tanár
Meglepő, hogy az általa megoldott problémák ellenére a Complex Computer a modern szabványok szerint egyáltalán nem számítógép. Számtani műveleteket hajthat végre komplex számokon, és valószínűleg más hasonló problémákat is megoldhat, de általános célú feladatokat nem. Nem volt programozható. Nem tudta véletlen sorrendben vagy ismételten végrehajtani a műveleteket. Ez egy olyan számológép volt, amely bizonyos számításokat sokkal jobban tudott elvégezni, mint elődei.
A második világháború kitörésével Bell Stiebitz vezetésével megalkotta a számítógépek sorozatát Model II, Model III és Model IV néven (a Complex Computer ennek megfelelően a Model I nevet kapta). A legtöbbet a Nemzetvédelmi Kutatási Bizottság felkérésére építették, és nem más, mint Vannevar Bush állt az élén. A Stibitz továbbfejlesztette a gépek kialakítását a funkciók sokoldalúságának és a programozhatóságnak a tekintetében.
Például a Ballistic Calculator (később III. modell) légvédelmi tűzirányító rendszerek igényeire lett kifejlesztve. 1944-ben helyezték üzembe a texasi Fort Blissben. Az eszköz 1400 relét tartalmazott, és matematikai műveletek programját tudta végrehajtani, amelyeket egy hurkos papírszalagon lévő utasítások sorozata határoz meg. A bemeneti adatokat tartalmazó szalagot külön, a táblázatos adatokat pedig külön biztosítottuk. Ez lehetővé tette például a trigonometrikus függvények értékeinek gyors megtalálását valós számítások nélkül. A Bell mérnökei speciális keresőáramköröket (vadászáramköröket) fejlesztettek ki, amelyek előre/hátra szkennelték a szalagot, és a számításoktól függetlenül megkeresték a kívánt táblázatérték címét. Stibitz úgy találta, hogy az ő Model III-as számítógépe, amely éjjel-nappal kattogtatta a reléket, 25-40 számítógépet cserélt le.
Bell Model III relé állványok
A Model V autónak már nem volt ideje katonai szolgálatot látni. Még sokoldalúbb és erősebb lett. Ha értékeljük a lecserélt számítógépek számát, akkor ez körülbelül tízszer nagyobb volt, mint a Model III. Több, 9 ezer relével ellátott számítási modul több állomásról tudott bemeneti adatokat fogadni, ahol a felhasználók különböző feladatok feltételeit adták meg. Minden ilyen állomáson egy szalagolvasó volt az adatbevitelhez és öt az utasításokhoz. Ez lehetővé tette a fő szalagról különböző szubrutinok meghívását a feladat kiszámításakor. A fő vezérlőmodul (lényegében az operációs rendszer analógja) elosztotta az utasításokat a számítási modulok között azok elérhetőségétől függően, és a programok feltételes elágazásokat hajthattak végre. Ez már nem csak egy számológép volt.
Csodák éve: 1937
Az 1937-es év fordulópontnak tekinthető a számítástechnika történetében. Abban az évben Shannon és Stibitz hasonlóságokat észlelt a relé áramkörök és a matematikai függvények között. Ezek a megállapítások késztették a Bell Labs-t arra, hogy létrehozzon egy sor fontos digitális gépet. Olyan volt - vagy akár helyettesítés -, amikor egy szerény telefonrelé, anélkül, hogy fizikai formáját megváltoztatta volna, az absztrakt matematika és logika megtestesítőjévé vált.
Ugyanebben az évben a kiadvány januári számában Proceedings of the London Mathematical Society közzétette Alan Turing brit matematikus cikkét „A kiszámítható számokról azzal kapcsolatban "(Kiszámítható számokról, az Entscheidungsproblemre vonatkozó alkalmazással). Egy univerzális számítástechnikai gépet írt le: a szerző azzal érvelt, hogy képes olyan műveleteket végrehajtani, amelyek logikailag egyenértékűek az emberi számítógépek műveleteivel. Turingot, aki az előző évben végzett a Princeton Egyetemen, szintén felkeltette az érdeklődés a váltóáramkörök iránt. És Bushhoz hasonlóan őt is aggasztja a Németországgal szembeni háború növekvő veszélye. Így hát elvállalt egy mellékkriptográfiai projektet – egy bináris szorzót, amely a katonai kommunikáció titkosítására használható. Turing az egyetemi gépműhelyben összeszerelt relékből építette.
Szintén 1937-ben Howard Aiken egy javasolt automatikus számítástechnikai gépen gondolkodott. A Harvard elektromérnöki végzettségű hallgatója, Aiken a számításokból csak egy mechanikus számológépet és nyomtatott matematikai táblázatokat használt. Olyan tervet javasolt, amely megszüntetné ezt a rutint. A meglévő számítástechnikai eszközöktől eltérően a folyamatokat automatikusan és ciklikusan kellett volna feldolgoznia, a korábbi számítások eredményeit felhasználva a következő bemenetként.
Eközben a Nippon Electric Companynál Akira Nakashima távközlési mérnök 1935 óta kutatta a relé áramkörök és a matematika közötti kapcsolatokat. Végül 1938-ban önállóan bebizonyította a relé áramkörök egyenértékűségét a Boole-algebrával, amelyet Shannon egy évvel korábban fedezett fel.
Berlinben Konrad Zuse, egykori repülőgépmérnök, aki belefáradt a munkához szükséges végtelen számításokba, pénzeszközöket keresett egy második számítógép megépítéséhez. Első mechanikus eszközét, a V1-et nem tudta megbízhatóan működésre bírni, ezért szeretett volna relé számítógépet készíteni, amelyet barátjával, Helmut Schreyer távközlési mérnökkel közösen fejlesztett ki.
A telefonrelék sokoldalúsága, a matematikai logikára vonatkozó következtetések, a józan elmék vágya, hogy megszabaduljanak az elmezavaró munkától – mindez összefonódott, és egy új típusú logikai gép ötletének kialakulásához vezetett.
Elfelejtett generáció
Az 1937-es felfedezések és fejlesztések gyümölcsének több évig kellett érni. A háború bizonyult a legerősebb műtrágyának, és megjelenésével mindenhol, ahol megvolt a szükséges műszaki szakértelem, megjelentek a relé számítógépek. A matematikai logika az elektrotechnika szőlőinek rácsává vált. A programozható számítástechnikai gépek új formái jelentek meg – a modern számítógépek első vázlata.
A Stiebitz gépein kívül 1944-re az Egyesült Államok a Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator-ral (ASCC) büszkélkedhet, Aiken javaslatának eredményeként. A kettős név az akadémia és az ipar közötti kapcsolatok megromlása miatt merült fel: mindenki jogot kért az eszközhöz. A Mark I/ASCC relévezérlő áramköröket használt, de a fő aritmetikai egység az IBM mechanikus számológépeinek architektúráján alapult. A járművet az Egyesült Államok Hajóépítési Hivatalának igényeire hozták létre. Utódja, a Mark II 1948-ban kezdte meg működését a haditengerészet egyik teszthelyén, és minden művelete teljes egészében reléken – 13 XNUMX relén – alapult.
A háború alatt Zuse több relé számítógépet épített, amelyek egyre bonyolultabbak voltak. A csúcspont a V4 volt, amely a Bell Model V-höz hasonlóan tartalmazta a szubrutinok hívásának beállításait és a feltételes elágazásokat. A japán anyaghiány miatt Nakashima és honfitársai egyetlen terve sem valósult meg fémben, amíg az ország ki nem tért a háborúból. Az 1950-es években az újonnan megalakult Külkereskedelmi és Ipari Minisztérium két relégép megalkotását finanszírozta, amelyek közül a második egy szörnyeteg volt 20 ezer relével. Az alkotásban részt vevő Fujitsu saját kereskedelmi termékeket fejlesztett ki.
Mára ezek a gépek szinte teljesen feledésbe merültek. Csak egy név maradt a memóriában - az ENIAC. A feledés oka nem a bonyolultságukkal, a képességekkel vagy a gyorsaságukkal függ össze. A relék tudósok és kutatók által felfedezett számítási és logikai tulajdonságai minden olyan eszközre érvényesek, amely kapcsolóként is funkcionálhat. És így történt, hogy egy másik hasonló eszköz is elérhető volt - elektronikus egy kapcsoló, amely több százszor gyorsabban tud működni, mint egy relé.
A második világháború jelentősége a számítástechnika történetében már most nyilvánvaló. A legszörnyűbb háború az elektronikus gépek fejlesztésének lendülete lett. Bevezetése felszabadította az elektronikus kapcsolók nyilvánvaló hiányosságainak kiküszöböléséhez szükséges erőforrásokat. Az elektromechanikus számítógépek uralma rövid életű volt. A Titánokhoz hasonlóan őket is megdöntötték a gyermekeik. A relékhez hasonlóan az elektronikus kapcsolás is a távközlési ipar igényeiből fakadt. És ahhoz, hogy megtudjuk, honnan származik, vissza kell tekernünk történelmünket a rádiókorszak hajnalának egy pillanatára.
Forrás: will.com