di kami menggambarkan munculnya saklar telepon otomatis, yang dikendalikan menggunakan sirkuit relai. Kali ini kami ingin berbicara tentang bagaimana para ilmuwan dan insinyur mengembangkan rangkaian relai pada komputer digital generasi pertama yang kini terlupakan.
Relay di puncaknya
Jika Anda ingat, pengoperasian relai didasarkan pada prinsip sederhana: elektromagnet mengoperasikan sakelar logam. Ide estafet dikemukakan secara independen oleh beberapa naturalis dan pengusaha bisnis telegraf pada tahun 1830-an. Kemudian, pada pertengahan abad ke-XNUMX, para penemu dan mekanik mengubah relay menjadi komponen jaringan telegraf yang andal dan sangat diperlukan. Di area inilah kehidupan estafet mencapai puncaknya: diperkecil, dan generasi insinyur menciptakan banyak sekali desain sambil secara formal mengikuti pelatihan matematika dan fisika.
Pada awal abad ke-1870, tidak hanya sistem peralihan otomatis, tetapi hampir semua peralatan jaringan telepon dilengkapi dengan beberapa jenis relai. Salah satu penggunaan paling awal dalam komunikasi telepon dimulai pada tahun XNUMX-an, pada switchboard manual. Ketika pelanggan memutar gagang telepon (magneto handle), sinyal dikirim ke sentral telepon, menyalakan blender. Blanker adalah relai yang, ketika dipicu, menyebabkan penutup logam jatuh ke meja switching operator telepon, yang menandakan adanya panggilan masuk. Kemudian wanita muda operator memasukkan steker ke dalam konektor, relai disetel ulang, setelah itu penutup dapat diangkat kembali, yang ditahan pada posisi ini oleh elektromagnet.
Pada tahun 1924, dua insinyur Bell menulis, sentral telepon manual biasanya melayani sekitar 10 pelanggan. Peralatannya berisi 40-65 ribu relay, yang total gaya magnetnya “cukup untuk mengangkat 10 ton”. Dalam pertukaran telepon besar dengan saklar mesin, karakteristik ini dikalikan dua. Jutaan relay digunakan di seluruh sistem telepon AS, dan jumlahnya terus meningkat seiring dengan otomatisasi pertukaran telepon. Satu sambungan telepon dapat dilayani oleh beberapa hingga beberapa ratus relay, tergantung pada jumlah dan peralatan sentral telepon yang terlibat.
Pabrik Western Electric, anak perusahaan manufaktur Bell Corporation, memproduksi relay dalam jumlah besar. Para insinyur telah menciptakan begitu banyak modifikasi sehingga para peternak anjing atau pemelihara merpati tercanggih akan iri dengan keragaman ini. Kecepatan pengoperasian dan sensitivitas relai dioptimalkan, dan dimensinya dikurangi. Pada tahun 1921, Western Electric memproduksi hampir 5 juta relay dari seratus tipe dasar. Yang paling populer adalah relai universal Tipe E, perangkat datar hampir persegi panjang yang beratnya beberapa puluh gram. Sebagian besar terbuat dari bagian logam yang dicap, yaitu produksinya berteknologi maju. Rumahan melindungi kontak dari debu dan arus induksi dari perangkat di sekitarnya: biasanya relai dipasang berdekatan satu sama lain, di rak dengan ratusan dan ribuan relai. Sebanyak 3 varian Tipe E dikembangkan, masing-masing dengan konfigurasi belitan dan kontak berbeda.
Segera relay ini mulai digunakan di saklar yang paling kompleks.
Komutator koordinat
Pada tahun 1910, Gotthilf Betulander, seorang insinyur di Royal Telegrafverket, perusahaan negara yang menguasai sebagian besar pasar telepon Swedia (selama beberapa dekade, hampir semuanya), mempunyai ide. Dia percaya bahwa dia dapat meningkatkan efisiensi operasi Telegrafverket dengan membangun sistem peralihan otomatis yang seluruhnya didasarkan pada relai. Lebih tepatnya, pada matriks relai: kisi-kisi batang baja yang dihubungkan ke saluran telepon, dengan relai di persimpangan batang. Sakelar seperti itu harus lebih cepat, lebih andal, dan lebih mudah dirawat dibandingkan sistem yang didasarkan pada kontak geser atau putar.
Selain itu, Betulander mengemukakan gagasan bahwa pemilihan dan penyambungan bagian-bagian sistem dapat dipisahkan menjadi rangkaian relai independen. Dan sisa sistem harus digunakan hanya untuk membuat saluran suara, dan kemudian dibebaskan untuk menangani panggilan lainnya. Artinya, Betulander memunculkan ide yang kemudian disebut “common control”.
Ia menyebut rangkaian yang menyimpan nomor panggilan masuk itu “perekam” (istilah lain register). Dan sirkuit yang menemukan dan “menandai” koneksi yang tersedia di jaringan disebut “penanda.” Penulis mematenkan sistemnya. Beberapa stasiun serupa muncul di Stockholm dan London. Dan pada tahun 1918, Betulander mempelajari inovasi Amerika: saklar koordinat, yang diciptakan oleh insinyur Bell John Reynolds lima tahun sebelumnya. Saklar ini sangat mirip dengan desain Betulander, tapi dulunya n+m relai layanan n+m node matriks, yang jauh lebih nyaman untuk perluasan lebih lanjut pertukaran telepon. Saat membuat sambungan, bilah penahan menjepit "jari" senar piano dan bilah pemilih dipindahkan sepanjang matriks untuk menyambung ke panggilan lain. Tahun berikutnya, Betulander memasukkan ide ini ke dalam desain saklarnya.
Namun sebagian besar insinyur menganggap ciptaan Betulander aneh dan rumit. Ketika tiba waktunya untuk memilih sistem switching untuk mengotomatisasi jaringan kota-kota terbesar di Swedia, Telegrafverket memilih desain yang dikembangkan oleh Ericsson. Sakelar Betulander hanya digunakan di sentral telepon kecil di daerah pedesaan: relai lebih andal dibandingkan sakelar Ericsson yang menggunakan otomatisasi bermotor dan tidak memerlukan teknisi pemeliharaan di setiap sentral telepon.
Namun, para insinyur telepon Amerika memiliki pendapat berbeda mengenai hal ini. Pada tahun 1930, spesialis Bell Labs datang ke Swedia dan “sangat terkesan dengan parameter modul saklar koordinat.” Ketika Amerika kembali, mereka segera mulai mengerjakan apa yang kemudian dikenal sebagai sistem koordinat No. 1, menggantikan saklar panel di kota-kota besar. Pada tahun 1938, dua sistem serupa dipasang di New York. Mereka segera menjadi perlengkapan standar untuk sentral telepon kota, sampai saklar elektronik menggantikannya lebih dari 30 tahun kemudian.
Komponen paling menarik dari X-Switch No. 1 adalah penanda baru yang lebih kompleks yang dikembangkan di Bell. Hal ini dimaksudkan untuk mencari rute bebas dari penelepon ke penerima panggilan melalui beberapa modul koordinat yang dihubungkan satu sama lain sehingga tercipta sambungan telepon. Penanda juga harus menguji setiap koneksi untuk status bebas/sibuk. Ini memerlukan penerapan logika kondisional. Seperti yang ditulis sejarawan Robert Chapuis:
Pilihannya bersyarat karena koneksi bebas hanya diadakan jika menyediakan akses ke jaringan yang memiliki koneksi bebas ke tingkat berikutnya sebagai keluarannya. Jika beberapa rangkaian koneksi memenuhi kondisi yang diinginkan, maka "logika preferensial" memilih salah satu dari koneksi paling sedikit [yang ada]...
Peralihan koordinat adalah contoh bagus dari pemupukan silang ide-ide teknologi. Betulander menciptakan saklar semua relai, kemudian memperbaikinya dengan matriks switching Reynolds dan membuktikan kinerja desain yang dihasilkan. Insinyur AT&T kemudian mendesain ulang saklar hibrid ini, memperbaikinya, dan menciptakan Sistem Koordinat No. 1. Sistem ini kemudian menjadi komponen dari dua komputer awal, salah satunya kini dikenal sebagai tonggak sejarah komputasi.
Pekerjaan matematika
Untuk memahami bagaimana dan mengapa relay dan sepupu elektroniknya membantu merevolusi komputasi, kita memerlukan penjelasan singkat tentang dunia kalkulus. Setelah itu, akan menjadi jelas mengapa ada permintaan tersembunyi untuk optimalisasi proses komputasi.
Pada awal abad ke-XNUMX, seluruh sistem sains dan teknik modern didasarkan pada karya ribuan orang yang melakukan perhitungan matematis. Mereka disebut komputer (komputer) [Untuk menghindari kebingungan, istilah ini akan digunakan di seluruh teks kalkulator. - Catatan. jalur]. Pada tahun 1820-an, Charles Babbage menciptakan (walaupun aparatnya memiliki pendahulu ideologis). Tugas utamanya adalah mengotomatiskan pembuatan tabel matematika, misalnya untuk navigasi (perhitungan fungsi trigonometri dengan pendekatan polinomial pada 0 derajat, 0,01 derajat, 0,02 derajat, dll.). Ada juga permintaan yang besar untuk perhitungan matematis dalam astronomi: diperlukan untuk memproses hasil mentah pengamatan teleskopik di area tetap bola langit (tergantung pada waktu dan tanggal pengamatan) atau menentukan orbit objek baru (misalnya, komet Halley).
Sejak zaman Babbage, kebutuhan akan mesin komputasi meningkat berkali-kali lipat. Perusahaan tenaga listrik perlu memahami perilaku sistem transmisi tenaga backbone dengan sifat dinamis yang sangat kompleks. Senjata baja Bessemer, yang mampu melemparkan peluru ke cakrawala (dan oleh karena itu, berkat pengamatan langsung terhadap sasaran, senjata tersebut tidak lagi diarahkan), memerlukan tabel balistik yang semakin akurat. Alat statistik baru yang melibatkan perhitungan matematis dalam jumlah besar (seperti metode kuadrat terkecil) semakin banyak digunakan baik dalam ilmu pengetahuan maupun dalam aparatur pemerintah yang sedang berkembang. Departemen komputasi bermunculan di universitas, lembaga pemerintah, dan perusahaan industri, yang biasanya merekrut perempuan.
Kalkulator mekanis hanya mempermudah masalah perhitungan, tetapi tidak menyelesaikannya. Kalkulator mempercepat operasi aritmatika, namun setiap masalah ilmiah atau teknik yang rumit memerlukan ratusan atau ribuan operasi, yang masing-masing operasi tersebut harus dilakukan secara manual oleh kalkulator (manusia), dan dengan cermat mencatat semua hasil antara.
Beberapa faktor berkontribusi terhadap munculnya pendekatan baru terhadap masalah perhitungan matematis. Ilmuwan dan insinyur muda, yang dengan susah payah menghitung tugas mereka di malam hari, ingin mengistirahatkan tangan dan mata mereka. Manajer proyek terpaksa mengeluarkan lebih banyak uang untuk gaji banyak komputer, terutama setelah Perang Dunia Pertama. Akhirnya, banyak masalah ilmiah dan teknik tingkat lanjut yang sulit dihitung dengan tangan. Semua faktor ini mengarah pada terciptanya serangkaian komputer, yang pengerjaannya dilakukan di bawah kepemimpinan Vannevar Bush, seorang insinyur listrik di Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Penganalisis diferensial
Hingga saat ini, sejarah sering kali bersifat impersonal, namun sekarang kita akan mulai berbicara lebih banyak tentang orang-orang tertentu. Ketenaran melewati pencipta saklar panel, relai Tipe E, dan sirkuit penanda fidusia. Bahkan anekdot biografi pun tidak ada yang bertahan tentang mereka. Satu-satunya bukti kehidupan mereka yang tersedia untuk umum adalah sisa-sisa fosil mesin yang mereka ciptakan.
Kita sekarang dapat memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang manusia dan masa lalu mereka. Tapi kita tidak akan lagi bertemu mereka yang bekerja keras di loteng dan bengkel di rumah - Morse dan Vail, Bell dan Watson. Pada akhir Perang Dunia I, era penemu heroik hampir berakhir. Thomas Edison dapat dianggap sebagai tokoh transisi: pada awal karirnya ia adalah seorang penemu sewaan, dan pada akhir karirnya ia menjadi pemilik “pabrik penemuan”. Pada saat itu, pengembangan teknologi baru yang paling menonjol telah menjadi domain organisasi—universitas, departemen penelitian perusahaan, laboratorium pemerintah. Orang-orang yang akan kita bicarakan di bagian ini adalah anggota organisasi-organisasi tersebut.
Misalnya Vannevar Bush. Ia tiba di MIT pada tahun 1919, saat ia berusia 29 tahun. Lebih dari 20 tahun kemudian, dia adalah salah satu orang yang mempengaruhi partisipasi Amerika Serikat dalam Perang Dunia II dan membantu meningkatkan pendanaan pemerintah, yang selamanya mengubah hubungan antara pemerintah, akademisi, dan pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi. Namun untuk tujuan artikel ini, kami tertarik pada serangkaian mesin yang dikembangkan di laboratorium Bush sejak pertengahan tahun 1920-an dan dimaksudkan untuk memecahkan masalah perhitungan matematis.
MIT, yang baru-baru ini pindah dari pusat kota Boston ke tepi laut Charles River di Cambridge, sangat sejalan dengan kebutuhan industri. Bush sendiri, selain jabatan profesornya, memiliki kepentingan finansial di beberapa perusahaan di bidang elektronik. Maka tidak mengherankan jika masalah yang mendorong Busch dan murid-muridnya mengerjakan perangkat komputasi baru ini berasal dari industri energi: mensimulasikan perilaku saluran transmisi pada kondisi beban puncak. Jelas sekali, ini hanyalah salah satu dari banyak kemungkinan penerapan komputer: perhitungan matematis yang membosankan dilakukan di mana-mana.
Busch dan rekan-rekannya pertama kali membuat dua mesin yang disebut product integraphs. Namun mesin MIT yang paling terkenal dan sukses adalah mesin lainnya - analisa diferensial, selesai pada tahun 1931. Ia memecahkan masalah transmisi listrik, menghitung orbit elektron, lintasan radiasi kosmik di medan magnet bumi, dan masih banyak lagi. Para peneliti di seluruh dunia, yang membutuhkan daya komputasi, menciptakan lusinan salinan dan variasi penganalisis diferensial pada tahun 1930an. Beberapa bahkan berasal dari Meccano (analog bahasa Inggris dari merek set konstruksi anak-anak Amerika ).
Penganalisis diferensial adalah komputer analog. Fungsi matematika dihitung menggunakan batang logam yang berputar, kecepatan putaran masing-masing batang mencerminkan beberapa nilai kuantitatif. Motor menggerakkan batang independen - sebuah variabel (biasanya mewakili waktu), yang, pada gilirannya, memutar batang lain (variabel diferensial berbeda) melalui sambungan mekanis, dan suatu fungsi dihitung berdasarkan kecepatan putaran masukan. Hasil perhitungannya digambar di atas kertas dalam bentuk kurva. Komponen terpenting adalah integrator – roda yang diputar seperti cakram. Integrator dapat menghitung integral kurva tanpa perhitungan manual yang membosankan.
Penganalisis diferensial. Modul integral - dengan penutup terangkat, di sisi jendela terdapat tabel dengan hasil perhitungan, dan di tengah - satu set batang komputasi
Tak satu pun dari komponen penganalisis berisi relai pengalih diskrit atau sakelar digital apa pun. Jadi mengapa kita membicarakan perangkat ini? Jawabannya adalah keempat mobil keluarga.
Pada awal tahun 1930-an, Bush mulai mendekati Yayasan Rockefeller untuk mendapatkan dana guna pengembangan lebih lanjut alat analisa tersebut. Warren Weaver, kepala ilmu alam yayasan tersebut, awalnya tidak yakin. Teknik bukanlah bidang keahliannya. Namun Busch memuji potensi tak terbatas mesin barunya untuk aplikasi ilmiah—terutama dalam biologi matematika, proyek kesayangan Weaver. Bush juga menjanjikan banyak perbaikan pada alat analisa tersebut, termasuk "kemampuan untuk dengan cepat mengalihkan alat analisa dari satu masalah ke masalah lainnya, seperti switchboard telepon." Pada tahun 1936, usahanya dihargai dengan hibah $85 untuk pembuatan perangkat baru, yang kemudian disebut Rockefeller Differential Analyzer.
Sebagai komputer praktis, alat analisa ini bukanlah sebuah terobosan besar. Bush, yang menjadi wakil presiden dan dekan teknik MIT, tidak bisa mencurahkan banyak waktu untuk mengarahkan pembangunan. Bahkan, dia segera mengundurkan diri dan mengambil tugas sebagai ketua Carnegie Institution di Washington. Bush merasakan perang sudah dekat, dan dia mempunyai beberapa ide ilmiah dan industri yang dapat memenuhi kebutuhan militer. Artinya, dia ingin lebih dekat dengan pusat kekuasaan, di mana dia bisa lebih efektif mempengaruhi penyelesaian isu-isu tertentu.
Pada saat yang sama, masalah teknis yang disebabkan oleh desain baru diselesaikan oleh staf laboratorium, dan mereka segera mulai dialihkan untuk menangani masalah militer. Mesin Rockefeller baru selesai dibangun pada tahun 1942. Militer menganggapnya berguna untuk produksi tabel balistik untuk artileri. Namun tak lama kemudian perangkat ini dikalahkan secara murni digital komputer—mewakili angka bukan sebagai besaran fisik, tetapi secara abstrak, menggunakan posisi saklar. Kebetulan alat analisa Rockefeller sendiri cukup banyak menggunakan saklar serupa yang terdiri dari rangkaian relay.
Shannon
Pada tahun 1936, Claude Shannon baru berusia 20 tahun, namun ia telah lulus dari Universitas Michigan dengan gelar sarjana di bidang teknik elektro dan matematika. Dia dibawa ke MIT dengan brosur yang ditempel di papan buletin. Vannevar Bush sedang mencari asisten baru untuk mengerjakan penganalisis diferensial. Shannon mengajukan lamarannya tanpa ragu-ragu dan segera mengerjakan masalah baru sebelum perangkat baru mulai terbentuk.
Shannon tidak seperti Bush. Dia bukanlah seorang pengusaha, atau pembangun kerajaan akademis, atau seorang administrator. Sepanjang hidupnya dia menyukai permainan, teka-teki, dan hiburan: catur, juggling, labirin, kriptogram. Seperti banyak orang di masanya, selama perang Shannon mengabdikan dirinya pada bisnis yang serius: dia memegang posisi di Bell Labs berdasarkan kontrak pemerintah, yang melindungi tubuhnya yang lemah dari wajib militer. Penelitiannya tentang pengendalian kebakaran dan kriptografi selama periode ini menghasilkan karya penting tentang teori informasi (yang tidak akan kami bahas). Pada tahun 1950-an, ketika perang dan dampaknya mereda, Shannon kembali mengajar di MIT, menghabiskan waktu luangnya dengan melakukan hiburan: kalkulator yang bekerja secara eksklusif dengan angka Romawi; sebuah mesin, ketika dihidupkan, lengan mekanik muncul darinya dan mematikan mesin.
Struktur mesin Rockefeller yang ditemui Shannon secara logis sama dengan penganalisis tahun 1931, tetapi dibangun dari komponen fisik yang sama sekali berbeda. Busch menyadari bahwa batang dan roda gigi mekanis pada mesin yang lebih tua mengurangi efisiensi penggunaannya: untuk melakukan perhitungan, mesin harus diatur, yang memerlukan banyak jam kerja oleh mekanik yang terampil.
Alat analisa baru telah kehilangan kelemahan ini. Desainnya tidak didasarkan pada meja dengan batang, tetapi pada komutator lintas cakram, sebuah prototipe berlebih yang disumbangkan oleh Bell Labs. Alih-alih mentransmisikan daya dari poros pusat, setiap modul integral digerakkan secara independen oleh motor listrik. Untuk mengkonfigurasi mesin guna memecahkan masalah baru, cukup dengan mengkonfigurasi relay dalam matriks koordinat untuk menghubungkan integrator dalam urutan yang diinginkan. Sebuah tape reader berlubang (dipinjam dari perangkat telekomunikasi lain, roll teletype) membaca konfigurasi mesin, dan rangkaian relay mengubah sinyal dari tape menjadi sinyal kontrol untuk matriks—seperti mengatur serangkaian panggilan telepon antar integrator.
Mesin baru ini tidak hanya lebih cepat dan mudah diatur, tetapi juga lebih cepat dan akurat dibandingkan pendahulunya. Dia bisa memecahkan masalah yang lebih rumit. Saat ini komputer ini mungkin dianggap primitif, bahkan berlebihan, namun pada saat itu, bagi para pengamat, komputer ini tampak memiliki kecerdasan yang hebat - atau mungkin mengerikan - yang sedang bekerja:
Pada dasarnya, ini adalah robot matematika. Sebuah robot bertenaga listrik yang dirancang tidak hanya untuk meringankan otak manusia dari beban perhitungan dan analisis yang berat, namun untuk menyerang dan memecahkan masalah matematika yang tidak dapat diselesaikan oleh pikiran.
Shannon berkonsentrasi mengubah data dari pita kertas menjadi instruksi untuk “otak”, dan sirkuit relai bertanggung jawab atas operasi ini. Dia memperhatikan korespondensi antara struktur rangkaian dan struktur matematika aljabar Boolean, yang dia pelajari di sekolah pascasarjana di Michigan. Ini adalah aljabar yang operannya Benar dan salah, dan oleh operator - DAN, ATAU, TIDAK dll. Aljabar yang sesuai dengan pernyataan logis.
Setelah menghabiskan musim panas tahun 1937 bekerja di Bell Labs di Manhattan (tempat yang ideal untuk memikirkan tentang rangkaian relai), Shannon menulis tesis masternya yang berjudul "A Analisis Simbolik Sirkuit Relai dan Saklar". Seiring dengan karya Alan Turing tahun sebelumnya, tesis Shannon menjadi landasan ilmu komputasi.
Pada tahun 1940-an dan 1950-an, Shannon membangun beberapa mesin komputasi/logis: kalkulator THROBAC Roman, mesin permainan akhir catur, dan Theseus, sebuah labirin tempat mouse elektromekanis bergerak (foto)
Shannon menemukan bahwa sistem persamaan logika proposisional dapat langsung diubah secara mekanis menjadi rangkaian fisik sakelar relai. Dia menyimpulkan: “Hampir setiap operasi yang dapat dijelaskan dalam sejumlah langkah terbatas dengan menggunakan kata-kata JIKA, DAN, ATAU dll., dapat dilakukan secara otomatis menggunakan relay.” Misalnya, dua relai sakelar terkontrol yang dihubungkan secara seri membentuk logika И: Arus akan mengalir melalui kabel utama hanya jika kedua elektromagnet diaktifkan untuk menutup sakelar. Pada saat yang sama, dua relay dihubungkan secara paralel OR: Arus mengalir melalui rangkaian utama, diaktifkan oleh salah satu elektromagnet. Output dari rangkaian logika tersebut, pada gilirannya, dapat mengontrol elektromagnet relai lain untuk menghasilkan operasi logika yang lebih kompleks seperti (A И B) atau (C И G).
Shannon menutup disertasinya dengan lampiran yang berisi beberapa contoh rangkaian yang dibuat menggunakan metodenya. Karena operasi aljabar Boolean sangat mirip dengan operasi aritmatika dalam biner (yaitu menggunakan bilangan biner), ia menunjukkan bagaimana relai dapat dirangkai menjadi “penambah listrik dalam biner”—kami menyebutnya penjumlah biner. Beberapa bulan kemudian, salah satu ilmuwan Bell Labs membuat penambah seperti itu di meja dapurnya.
Stibitz
George Stibitz, seorang peneliti di departemen matematika di kantor pusat Bell Labs di Manhattan, membawa pulang seperangkat peralatan aneh pada suatu malam yang gelap di bulan November tahun 1937. Sel baterai kering, dua lampu kecil untuk panel perangkat keras, dan sepasang relay Tipe U datar ditemukan di tempat sampah. Dengan menambahkan beberapa kabel dan beberapa sampah, ia merakit sebuah perangkat yang dapat menambahkan dua angka biner satu digit (diwakili oleh ada atau tidaknya tegangan input) dan menghasilkan angka dua digit menggunakan bola lampu: satu untuk hidup, nol untuk libur.
Penambah biner Stiebitz
Stiebitz, seorang fisikawan yang terlatih, diminta untuk mengevaluasi sifat fisik magnet relai. Dia tidak mempunyai pengalaman sama sekali dengan relay dan mulai mempelajari penggunaannya dalam rangkaian telepon Bell. George segera menyadari kesamaan antara beberapa rangkaian dan operasi aritmatika biner. Penasaran, dia menyusun proyek sampingannya di meja dapur.
Pada awalnya, percobaan Stiebitz dengan relay hanya menimbulkan sedikit minat di kalangan manajemen Bell Labs. Namun pada tahun 1938, ketua kelompok penelitian bertanya kepada George apakah kalkulatornya dapat digunakan untuk operasi aritmatika dengan bilangan kompleks (mis. a+biDimana i adalah akar kuadrat dari bilangan negatif). Ternyata beberapa departemen komputasi di Bell Labs sudah mengeluh karena terus-menerus harus mengalikan dan membagi angka-angka tersebut. Mengalikan satu bilangan kompleks memerlukan empat operasi aritmatika pada kalkulator desktop, pembagian memerlukan 16 operasi. Stibitz mengatakan dia bisa memecahkan masalah tersebut dan merancang sirkuit mesin untuk perhitungan tersebut.
Desain akhir, yang diwujudkan dalam logam oleh insinyur telepon Samuel Williams, disebut Komputer Bilangan Kompleks - atau disingkat Komputer Kompleks - dan diluncurkan pada tahun 1940. 450 relay digunakan untuk perhitungan, hasil antara disimpan dalam sepuluh saklar koordinat. Data dimasukkan dan diterima menggunakan roll teletype. Departemen Bell Labs memasang tiga teletipe tersebut, yang menunjukkan kebutuhan besar akan daya komputasi. Relai, matriks, teletipe - dalam segala hal itu adalah produk sistem Bell.
Saat terbaik Complex Computer terjadi pada 11 September 1940. Stiebitz mempresentasikan laporan di komputer pada pertemuan American Mathematical Society di Dartmouth College. Dia setuju akan dipasang teletype di sana dengan koneksi telegraf ke Complex Computer di Manhattan, yang jaraknya 400 kilometer. Mereka yang tertarik dapat membuka teletype, memasukkan kondisi masalah pada keyboard dan melihat bagaimana dalam waktu kurang dari satu menit teletype secara ajaib mencetak hasilnya. Di antara mereka yang menguji produk baru ini adalah John Mauchly dan John von Neumann, yang masing-masing akan memainkan peran penting dalam melanjutkan cerita kami.
Para peserta pertemuan melihat sekilas dunia masa depan. Belakangan, komputer menjadi sangat mahal sehingga administrator tidak mampu lagi membiarkannya diam sementara pengguna menggaruk dagunya di depan konsol manajemen, bertanya-tanya apa yang harus diketik selanjutnya. Selama 20 tahun ke depan, para ilmuwan akan memikirkan cara membuat komputer serba guna yang akan selalu menunggu Anda memasukkan data ke dalamnya, bahkan saat mengerjakan hal lain. Dan kemudian 20 tahun lagi akan berlalu hingga mode komputasi interaktif ini menjadi hal yang biasa.
Stiebitz di belakang Terminal Interaktif Dartmouth pada tahun 1960-an. Dartmouth College adalah pelopor dalam komputasi interaktif. Stiebitz menjadi profesor perguruan tinggi pada tahun 1964
Mengejutkan bahwa, meskipun ada masalah yang dipecahkannya, Komputer Kompleks, menurut standar modern, bukanlah komputer sama sekali. Ia dapat melakukan operasi aritmatika pada bilangan kompleks dan mungkin menyelesaikan masalah serupa lainnya, tetapi bukan masalah tujuan umum. Itu tidak dapat diprogram. Dia tidak dapat melakukan operasi secara acak atau berulang kali. Itu adalah kalkulator yang mampu melakukan perhitungan tertentu jauh lebih baik dari pendahulunya.
Dengan pecahnya Perang Dunia II, Bell, di bawah kepemimpinan Stiebitz, menciptakan serangkaian komputer yang disebut Model II, Model III dan Model IV (Komputer Kompleks, masing-masing, diberi nama Model I). Kebanyakan dari mereka dibangun atas permintaan Komite Riset Pertahanan Nasional, dan dipimpin oleh Vannevar Bush. Stibitz meningkatkan desain mesin dalam hal keserbagunaan fungsi dan kemampuan program yang lebih baik.
Misalnya, Kalkulator Balistik (kemudian Model III) dikembangkan untuk kebutuhan sistem pengendalian tembakan antipesawat. Ini mulai beroperasi pada tahun 1944 di Fort Bliss, Texas. Perangkat tersebut berisi 1400 relay dan dapat menjalankan program operasi matematika yang ditentukan oleh serangkaian instruksi pada pita kertas yang dilingkarkan. Tape dengan data input disediakan secara terpisah, dan data tabular disediakan secara terpisah. Hal ini memungkinkan untuk dengan cepat menemukan nilai, misalnya, fungsi trigonometri tanpa perhitungan nyata. Insinyur Bell mengembangkan sirkuit pencarian khusus (sirkuit berburu) yang memindai rekaman itu maju/mundur dan mencari alamat nilai tabel yang diinginkan, apa pun perhitungannya. Stibitz menemukan bahwa komputer Model III miliknya, yang mengklik relay siang dan malam, menggantikan 25-40 komputer.
Rak Relai Bell Model III
Mobil Model V tidak lagi sempat menjalani wajib militer. Ia menjadi lebih serbaguna dan kuat. Jika kita mengevaluasi jumlah komputer yang digantikannya, maka jumlahnya kira-kira sepuluh kali lebih besar dari Model III. Beberapa modul komputasi dengan 9 ribu relay dapat menerima data masukan dari beberapa stasiun, di mana pengguna memasuki kondisi tugas yang berbeda. Setiap stasiun memiliki satu tape reader untuk entri data dan lima untuk instruksi. Hal ini memungkinkan untuk memanggil berbagai subrutin dari pita utama saat menghitung suatu tugas. Modul kontrol utama (pada dasarnya analog dari sistem operasi) mendistribusikan instruksi di antara modul komputasi tergantung pada ketersediaannya, dan program dapat menjalankan cabang bersyarat. Itu bukan lagi sekedar kalkulator.
Tahun Keajaiban: 1937
Tahun 1937 dapat dianggap sebagai titik balik dalam sejarah komputasi. Tahun itu, Shannon dan Stibitz memperhatikan kesamaan antara rangkaian relai dan fungsi matematika. Temuan ini mengarahkan Bell Labs untuk menciptakan serangkaian mesin digital penting. Itu semacam itu - atau bahkan substitusi - ketika relai telepon sederhana, tanpa mengubah bentuk fisiknya, menjadi perwujudan matematika dan logika abstrak.
Pada tahun yang sama pada terbitan edisi Januari Prosiding Masyarakat Matematika London menerbitkan sebuah artikel oleh ahli matematika Inggris Alan Turing “Tentang bilangan yang dapat dihitung dalam kaitannya dengan "(Tentang Bilangan yang Dapat Dihitung, Dengan Penerapan pada Masalah Entscheidung). Ini menggambarkan mesin komputasi universal: penulis berpendapat bahwa ia dapat melakukan tindakan yang secara logis setara dengan tindakan komputer manusia. Turing, yang masuk sekolah pascasarjana di Universitas Princeton pada tahun sebelumnya, juga tertarik dengan sirkuit estafet. Dan, seperti Bush, dia prihatin dengan meningkatnya ancaman perang dengan Jerman. Jadi dia mengambil proyek kriptografi sampingan—pengganda biner yang dapat digunakan untuk mengenkripsi komunikasi militer. Turing membangunnya dari relay yang dirakit di bengkel mesin universitas.
Juga pada tahun 1937, Howard Aiken sedang memikirkan tentang usulan mesin komputasi otomatis. Seorang mahasiswa pascasarjana teknik elektro Harvard, Aiken melakukan perhitungan yang adil hanya dengan menggunakan kalkulator mekanik dan buku tabel matematika yang dicetak. Dia mengusulkan desain yang akan menghilangkan rutinitas ini. Berbeda dengan perangkat komputasi yang ada, perangkat ini seharusnya memproses proses secara otomatis dan siklis, menggunakan hasil perhitungan sebelumnya sebagai masukan untuk perhitungan berikutnya.
Sementara itu, di Nippon Electric Company, insinyur telekomunikasi Akira Nakashima telah mengeksplorasi hubungan antara rangkaian relai dan matematika sejak tahun 1935. Akhirnya, pada tahun 1938, ia secara independen membuktikan kesetaraan rangkaian relai dengan aljabar Boolean, yang ditemukan Shannon setahun sebelumnya.
Di Berlin, Konrad Zuse, mantan insinyur pesawat terbang yang bosan dengan perhitungan tanpa akhir yang harus dilakukan di tempat kerja, sedang mencari dana untuk membuat komputer kedua. Dia tidak dapat membuat perangkat mekanis pertamanya, V1, berfungsi dengan baik, jadi dia ingin membuat komputer relai, yang dia kembangkan bersama temannya, insinyur telekomunikasi Helmut Schreyer.
Fleksibilitas relay telepon, kesimpulan tentang logika matematika, keinginan orang-orang cerdas untuk menyingkirkan pekerjaan yang mematikan pikiran - semua ini saling terkait dan mengarah pada munculnya gagasan tentang mesin logika jenis baru.
Generasi yang terlupakan
Buah dari penemuan dan perkembangan tahun 1937 harus matang dalam beberapa tahun. Perang terbukti menjadi pupuk yang paling ampuh, dan dengan kemunculannya, komputer relay mulai bermunculan di mana pun keahlian teknis yang diperlukan ada. Logika matematika menjadi teralis bagi tanaman rambat teknik elektro. Bentuk-bentuk baru mesin komputasi yang dapat diprogram muncul—sketsa pertama komputer modern.
Selain mesin Stiebitz, pada tahun 1944 AS dapat membanggakan Kalkulator Pengurutan Otomatis Harvard Mark I/IBM (ASCC), yang merupakan hasil usulan Aiken. Nama ganda muncul karena memburuknya hubungan antara akademisi dan industri: setiap orang mengklaim hak atas perangkat tersebut. Mark I/ASCC menggunakan rangkaian kontrol relai, tetapi unit aritmatika utamanya didasarkan pada arsitektur kalkulator mekanis IBM. Kendaraan itu diciptakan untuk kebutuhan Biro Pembuatan Kapal AS. Penggantinya, Mark II, mulai beroperasi pada tahun 1948 di lokasi uji Angkatan Laut, dan semua operasinya sepenuhnya didasarkan pada relai—13 relai.
Selama perang, Zuse membangun beberapa komputer relay, yang semakin kompleks. Puncaknya adalah V4, yang, seperti Bell Model V, menyertakan pengaturan untuk memanggil subrutin dan melakukan cabang bersyarat. Karena kekurangan bahan di Jepang, tidak ada satupun desain Nakashima dan rekan senegaranya yang dibuat dari logam sampai negara tersebut pulih dari perang. Pada tahun 1950-an, Kementerian Perdagangan dan Perindustrian Luar Negeri yang baru dibentuk mendanai pembuatan dua mesin relay, yang kedua adalah monster dengan 20 ribu relay. Fujitsu, yang berpartisipasi dalam pembuatannya, telah mengembangkan produk komersialnya sendiri.
Saat ini mesin-mesin ini hampir sepenuhnya dilupakan. Hanya satu nama yang tersisa dalam ingatan - ENIAC. Alasan terlupakannya tidak terkait dengan kompleksitas, kemampuan, atau kecepatannya. Sifat komputasi dan logika relai, yang ditemukan oleh para ilmuwan dan peneliti, berlaku untuk semua jenis perangkat yang dapat bertindak sebagai saklar. Dan kebetulan perangkat serupa lainnya tersedia - elektronik sebuah saklar yang bisa beroperasi ratusan kali lebih cepat dari sebuah relay.
Pentingnya Perang Dunia II dalam sejarah komputasi seharusnya sudah terlihat jelas. Perang yang paling mengerikan menjadi pendorong berkembangnya mesin elektronik. Peluncurannya membebaskan sumber daya yang diperlukan untuk mengatasi kelemahan nyata dari saklar elektronik. Kekuasaan komputer elektromekanis hanya berumur pendek. Seperti para Titan, mereka digulingkan oleh anak-anak mereka. Seperti halnya relay, peralihan elektronik muncul dari kebutuhan industri telekomunikasi. Dan untuk mencari tahu dari mana asalnya, kita harus memundurkan sejarah kita ke awal era radio.
Sumber: www.habr.com