הדור הנשכח של מחשבי ממסר

שלנו מאמר קודם תיאר את עלייתם של מתגי טלפון אוטומטיים, שנשלטו באמצעות מעגלי ממסר. הפעם אנחנו רוצים לדבר על האופן שבו מדענים ומהנדסים פיתחו מעגלי ממסר בדור הראשון - שכיום נשכח - של מחשבים דיגיטליים.

ממסר בשיא שלו

אם אתה זוכר, פעולתו של ממסר מבוססת על עיקרון פשוט: אלקטרומגנט מפעיל מתג מתכת. הרעיון של ממסר הוצע באופן עצמאי על ידי כמה חוקרי טבע ויזמים בעסקי הטלגרף בשנות ה-1830. ואז, באמצע המאה ה-XNUMX, ממציאים ומכונאים הפכו את הממסרים למרכיב אמין וחיוני של רשתות טלגרף. באזור זה הגיעו חיי הממסר לשיא: הוא הוזנק, ודורות של מהנדסים יצרו אינספור עיצובים תוך הכשרה רשמית במתמטיקה ובפיסיקה.

בתחילת המאה ה-1870, לא רק מערכות מיתוג אוטומטיות, אלא גם כמעט כל ציוד רשת הטלפון הכיל סוג כלשהו של ממסר. אחד השימושים המוקדמים ביותר בתקשורת טלפונית החל משנות ה-XNUMX של המאה ה-XNUMX, במרכזיות ידניות. כאשר המנוי סובב את ידית הטלפון (ידית מגנטו), נשלח אות למרכזית הטלפון המפעיל את הבלנדר. מברק הוא ממסר שכאשר מופעל, גורם לדש מתכת ליפול על שולחן המיתוג של מפעיל הטלפון, מה שמצביע על שיחה נכנסת. לאחר מכן מפעילת העלמה הכניסה את התקע למחבר, הממסר אופס, ולאחר מכן ניתן היה להרים שוב את הדש, אשר הוחזק במצב זה על ידי האלקטרומגנט.

עד 1924, כתבו שני מהנדסי בל, מרכזית הטלפון הידנית הטיפוסית שירתה כ-10 מנויים. הציוד שלה הכיל 40-65 אלף ממסרים, שהכוח המגנטי הכולל שלהם היה "מספיק להרים 10 טון". במרכזיות טלפון גדולות עם מתגי מכונה, מאפיינים אלה הוכפלו בשניים. נעשה שימוש במיליונים רבים של ממסרים בכל מערכת הטלפונים בארה"ב, והמספר גדל ללא הרף כאשר מרכזיות הטלפון היו אוטומטיות. חיבור טלפון אחד יכול להיות משרת על ידי ממסרים בודדים עד כמה מאות, תלוי במספר ובציוד של מרכזיות הטלפון המעורבות.

המפעלים של ווסטרן אלקטריק, חברת בת לייצור של תאגיד בל, ייצרו מגוון עצום של ממסרים. מהנדסים יצרו כל כך הרבה שינויים שמגדלי הכלבים או שומרי היונים המתוחכמים ביותר יקנאו במגוון הזה. מהירות הפעולה והרגישות של הממסר עברו אופטימיזציה, והממדים הופחתו. בשנת 1921, ווסטרן אלקטריק ייצרה כמעט 5 מיליון ממסרים ממאה סוגים בסיסיים. הפופולרי ביותר היה ממסר אוניברסלי Type E, מכשיר שטוח, כמעט מלבני, ששקל כמה עשרות גרמים. לרוב, הוא היה עשוי מחלקי מתכת מוטבעים, כלומר היה מתקדם טכנולוגית בייצור. המארז הגן על המגעים מפני אבק וזרמים מושרים ממכשירים שכנים: בדרך כלל הממסרים הותקנו קרוב זה לזה, במתלים עם מאות ואלפי ממסרים. בסך הכל פותחו 3 גרסאות מסוג E, כל אחת עם תצורות סלילה ומגע שונות.

עד מהרה החלו להשתמש בממסרים אלה במתגים המורכבים ביותר.

קומוטטור קואורדינטות

ב-1910 היה רעיון ל-Gothilf Betulander, מהנדס ב-Royal Telegrafverket, התאגיד הממלכתי ששלט ברוב שוק הטלפונים השוודי (במשך עשרות שנים, כמעט כולו). הוא האמין שהוא יכול לשפר מאוד את היעילות של הפעולות של Telegrafverket על ידי בניית מערכות מיתוג אוטומטיות המבוססות לחלוטין על ממסרים. ליתר דיוק, על מטריצות ממסר: רשתות של מוטות פלדה המחוברים לקווי טלפון, עם ממסרים בצמתים של המוטות. מתג כזה צריך להיות מהיר יותר, אמין יותר וקל יותר לתחזוקה מאשר מערכות המבוססות על מגעים הזזה או מסתובבים.

יתרה מכך, Betulander הגה את הרעיון שניתן להפריד את חלקי הבחירה והחיבור של המערכת למעגלי ממסר עצמאיים. ושאר המערכת צריכה לשמש רק להקמת ערוץ קולי, ואז להתפנות לטיפול בשיחה נוספת. כלומר, Betulander הגה רעיון שלימים כונה "שליטה משותפת".

הוא כינה את המעגל המאחסן את מספר השיחה הנכנסת "מקליט" (מונח אחר הוא רישום). והמעגל שמוצא ו"מסמן" חיבור זמין ברשת נקרא "סמן". המחבר רשם פטנט על המערכת שלו. כמה תחנות כאלה הופיעו בשטוקהולם ובלונדון. ובשנת 1918, Betulander למד על חידוש אמריקאי: מתג הקואורדינטות, שנוצר על ידי מהנדס בל ג'ון ריינולדס חמש שנים קודם לכן. מתג זה היה דומה מאוד לעיצוב של Betulander, אבל הוא השתמש בו n+m ממסר שירות n+m צמתי מטריצה, שהיה הרבה יותר נוח להרחבה נוספת של מרכזיות טלפון. בעת יצירת חיבור, סרגל ההחזקה הידק את "אצבעות" מיתר הפסנתר ופס הבחירה נע לאורך המטריצה ​​כדי להתחבר לשיחה אחרת. בשנה שלאחר מכן שילב Betulander את הרעיון הזה בעיצוב המתגים שלו.

אבל רוב המהנדסים ראו את היצירה של Betulander מוזרה ומורכבת שלא לצורך. כשהגיע הזמן לבחור מערכת מיתוג לאוטומציה של הרשתות של הערים הגדולות בשבדיה, Telegrafverket בחרה בעיצוב שפותח על ידי אריקסון. מתגי Betulander שימשו רק במרכזיות טלפון קטנות באזורים כפריים: הממסרים היו אמינים יותר מהאוטומציה הממונעת של מתגי אריקסון ולא דרשו טכנאי תחזוקה בכל מרכזייה.

עם זאת, למהנדסי טלפון אמריקאים הייתה דעה שונה בעניין זה. בשנת 1930, מומחי Bell Labs הגיעו לשוודיה ו"התרשמו מאוד מהפרמטרים של מודול מתג הקואורדינטות". כשהאמריקאים חזרו, הם מיד התחילו לעבוד על מה שנודע כמערכת הקואורדינטות מספר 1, החלפת מתגי פאנל בערים גדולות. עד 1938, שתי מערכות כאלה הותקנו בניו יורק. עד מהרה הם הפכו לציוד סטנדרטי למרכזיות טלפון עירוניות, עד שמתגים אלקטרוניים החליפו אותם יותר מ-30 שנה מאוחר יותר.

הרכיב המעניין ביותר של X-Switch מס' 1 היה סמן חדש ומורכב יותר שפותח ב-Bell. הכוונה הייתה לחפש מסלול פנוי מהמתקשר אל הנקרא דרך מספר מודולי קואורדינטות המחוברים זה לזה, ובכך ליצור חיבור טלפוני. הסמן היה צריך גם לבדוק כל חיבור למצב פנוי/עסוק. זה הצריך יישום של היגיון מותנה. כפי שכתב ההיסטוריון רוברט צ'פוי:

הבחירה מותנית מכיוון שחיבור חופשי מתקיים רק אם הוא מספק גישה לרשת שיש לה חיבור חופשי לרמה הבאה בתור הפלט שלה. אם מספר קבוצות של חיבורים עומדות בתנאים הרצויים, אז ה"היגיון המועדף" בוחר באחד מהחיבורים הפחות...

מתג הקואורדינטות הוא דוגמה מצוינת להפריה הדדית של רעיונות טכנולוגיים. Betulander יצר את מתג הכל-ממסר שלו, ואז שיפר אותו עם מטריצת מיתוג של ריינולדס והוכיח את הביצועים של העיצוב שהתקבל. מהנדסי AT&T עיצבו מאוחר יותר מחדש את המתג ההיברידי הזה, שיפרו אותו ויצרו מערכת קואורדינטות מס' 1. מערכת זו הפכה אז לרכיב של שני מחשבים מוקדמים, שאחד מהם ידוע כיום כאבן דרך בהיסטוריה של המחשוב.

עבודה מתמטית

כדי להבין כיצד ומדוע ממסרים ובני דודיהם האלקטרוניים סייעו לחולל מהפכה בתחום המחשוב, אנו זקוקים לגיחה קצרה אל עולם החשבון. לאחריו יתברר מדוע הייתה דרישה נסתרת לאופטימיזציה של תהליכי המחשוב.

עד תחילת המאה ה-XNUMX, כל מערכת המדע וההנדסה המודרנית התבססה על עבודתם של אלפי אנשים שביצעו חישובים מתמטיים. הם נקראו על ידי מחשבים (מחשבים) [כדי למנוע בלבול, המונח ישמש בכל הטקסט מחשבונים. - הערה. נתיב]. עוד בשנות ה-1820 של המאה ה-XNUMX יצר צ'ארלס באבאג' מנוע הבדל (למרות שלמנגנון שלו היו קודמים אידיאולוגיים). המשימה העיקרית שלו הייתה להפוך את הבנייה של טבלאות מתמטיות, למשל לניווט (חישוב של פונקציות טריגונומטריות על ידי קירובים פולינומיים ב-0 מעלות, 0,01 מעלות, 0,02 מעלות וכו'). כמו כן, היה ביקוש רב לחישובים מתמטיים באסטרונומיה: היה צורך לעבד תוצאות גולמיות של תצפיות טלסקופיות באזורים קבועים של הכדור השמימי (בהתאם לזמן ולתאריך של התצפיות) או לקבוע מסלולים של עצמים חדשים (לדוגמה, השביט של האלי).

מאז תקופת Babbage, הצורך במכונות מחשוב גדל פי כמה. חברות חשמל צריכות להבין את ההתנהגות של מערכות העברת כוח בעמוד השדרה בעלות תכונות דינמיות מורכבות ביותר. רובי הפלדה של בסמר, המסוגלים לזרוק פגזים מעל האופק (ולכן, הודות לתצפית ישירה על המטרה, הם לא היו מכוונים עוד), דרשו טבלאות בליסטיות מדויקות יותר ויותר. כלים סטטיסטיים חדשים שכללו כמויות גדולות של חישובים מתמטיים (כגון שיטת הריבועים הקטנים ביותר) שימשו יותר ויותר הן במדע והן במנגנון הממשלתי ההולך וגדל. מחלקות מחשוב צצו באוניברסיטאות, בסוכנויות ממשלתיות ובתאגידים תעשייתיים, שבדרך כלל גייסו נשים.

מחשבונים מכניים רק הקלו על בעיית החישובים, אך לא פתרו אותה. מחשבונים זירזו פעולות אריתמטיות, אך כל בעיה מדעית או הנדסית מורכבת דרשה מאות או אלפי פעולות, שכל אחת מהן נאלץ המחשבון (האנושי) לבצע באופן ידני, תוך רישום קפדני של כל תוצאות הביניים.

מספר גורמים תרמו להופעתם של גישות חדשות לבעיית החישובים המתמטיים. מדענים ומהנדסים צעירים, שחישבו בכאב את משימותיהם בלילה, רצו לתת מנוחה לידיים ולעיניים. מנהלי פרויקטים נאלצו להוציא עוד ועוד כסף עבור משכורות של מחשבים רבים, במיוחד לאחר מלחמת העולם הראשונה. לבסוף, קשה היה לחשב הרבה בעיות מדעיות והנדסיות מתקדמות. כל הגורמים הללו הובילו ליצירת סדרה של מחשבים, שהעבודה עליהם בוצעה בהנהגתו של Vannevar Bush, מהנדס חשמל במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT).

מנתח דיפרנציאלי

עד לנקודה זו, ההיסטוריה הייתה לעתים קרובות לא אישית, אבל עכשיו נתחיל לדבר יותר על אנשים ספציפיים. התהילה חלפה על יוצרי מתג הפאנל, ממסר Type E ומעגל סמן נאמנות. אפילו אנקדוטות ביוגרפיות לא שרדו עליהם. העדות היחידה הזמינה לציבור לחייהם היא שרידי המאובנים של המכונות שהם יצרו.

כעת אנו יכולים לקבל הבנה מעמיקה יותר של אנשים ועברם. אבל לא נפגוש יותר את אלה שעבדו קשה בעליות הגג ובסדנאות בבית - מורס ווייל, בל וווטסון. בסוף מלחמת העולם הראשונה, עידן הממציאים הגיבורים כמעט הסתיים. תומס אדיסון יכול להיחשב לדמות מעבר: בתחילת דרכו הוא היה ממציא שכיר, ובסופה הפך לבעלים של "מפעל המצאות". עד אז, פיתוח הטכנולוגיות החדשות הבולטות ביותר הפך לנחלתם של ארגונים - אוניברסיטאות, מחלקות מחקר ארגוניות, מעבדות ממשלתיות. האנשים עליהם נדבר בחלק זה השתייכו לארגונים כאלה.

לדוגמה, Vannevar Bush. הוא הגיע ל-MIT ב-1919, כשהיה בן 29. קצת יותר מ-20 שנה מאוחר יותר, הוא היה אחד האנשים שהשפיעו על השתתפותה של ארצות הברית במלחמת העולם השנייה וסייעו בהגדלת המימון הממשלתי, מה ששינה לעד את היחסים בין הממשלה, האקדמיה והתפתחות המדע והטכנולוגיה. אך לצורך מאמר זה אנו מתעניינים בסדרת מכונות שפותחו במעבדת בוש מאמצע שנות ה-1920 ונועדו לפתור את בעיית החישובים המתמטיים.

MIT, שעברה לאחרונה ממרכז בוסטון לחוף נהר צ'ארלס בקיימברידג', הייתה מותאמת היטב לצרכי התעשייה. בוש עצמו, בנוסף לפרופסורה שלו, היה בעל אינטרסים פיננסיים במספר מפעלים בתחום האלקטרוניקה. אז זה לא צריך להתפלא שהבעיה שהובילה את בוש ותלמידיו לעבוד על מכשיר המחשוב החדש מקורה בתעשיית האנרגיה: הדמיית התנהגות קווי תמסורת בתנאי עומס שיא. ברור שזה היה רק ​​אחד מני יישומים אפשריים רבים של מחשבים: חישובים מתמטיים מייגעים בוצעו בכל מקום.

בוש ועמיתיו בנו לראשונה שתי מכונות שנקראו אינטגרפים של מוצרים. אבל מכונת ה-MIT המפורסמת והמצליחה ביותר הייתה אחת אחרת - מנתח דיפרנציאלי, הושלמה בשנת 1931. הוא פתר בעיות בהעברת חשמל, חישב את מסלולי האלקטרונים, את מסלולי הקרינה הקוסמית בשדה המגנטי של כדור הארץ ועוד ועוד. חוקרים ברחבי העולם, הזקוקים לכוח מחשוב, יצרו עשרות עותקים ווריאציות של מנתח הדיפרנציאלי בשנות ה-1930. חלקם אפילו ממקאנו (האנלוג האנגלי של ערכות הבנייה האמריקאיות לילדים של המותג סט ארקטור).

מנתח דיפרנציאלי הוא מחשב אנלוגי. פונקציות מתמטיות חושבו באמצעות מוטות מתכת מסתובבים, שמהירות הסיבוב של כל אחד מהם שיקף ערך כמותי כלשהו. המנוע הניע מוט עצמאי - משתנה (בדרך כלל הוא ייצג זמן), שבתורו, סובב מוטות אחרים (משתנים דיפרנציאליים שונים) באמצעות חיבורים מכניים, ופונקציה חושבה על סמך מהירות סיבוב הקלט. תוצאות החישובים צוירו על נייר בצורה של עקומות. המרכיבים החשובים ביותר היו האינטגרטורים – גלגלים שהסתובבו כדיסקות. אינטגרטורים יכלו לחשב את האינטגרל של עקומה ללא חישובים ידניים מייגעים.

מנתח דיפרנציאלי. מודול אינטגרלי - עם מכסה מוגבה, בצד החלון יש טבלאות עם תוצאות חישובים, ובאמצע - סט של מוטות מחשוב

אף אחד ממרכיבי הנתח לא הכיל ממסרי מיתוג נפרדים או מתגים דיגיטליים כלשהם. אז למה אנחנו מדברים על המכשיר הזה? התשובה היא רביעי רכב משפחתי.

בתחילת שנות ה-1930 החל בוש לחזר אחרי קרן רוקפלר כדי להשיג מימון לפיתוח נוסף של הנתח. וורן וויבר, ראש מדעי הטבע של הקרן, לא השתכנע בתחילה. הנדסה לא הייתה תחום ההתמחות שלו. אבל בוש הציג את הפוטנציאל הבלתי מוגבל של המכונה החדשה שלו ליישומים מדעיים - במיוחד בביולוגיה מתמטית, פרויקט המחמד של וויבר. בוש גם הבטיח שיפורים רבים לנתח, כולל "היכולת להעביר במהירות את הנתח מבעיה אחת לאחרת, כמו מרכזיית טלפון". ב-1936, מאמציו זכו במענק של 85 דולר ליצירת מכשיר חדש, שנקרא מאוחר יותר מנתח הדיפרנציאל של רוקפלר.

כמחשב מעשי, הנתח הזה לא היה פריצת דרך גדולה. בוש, שהפך לסגן נשיא MIT ודיקן להנדסה, לא יכול היה להקדיש זמן רב לניהול הפיתוח. למעשה, הוא פרש עד מהרה, ונכנס לתפקידו כיו"ר מכון קרנגי בוושינגטון. בוש חש שהמלחמה מתקרבת, והיו לו כמה רעיונות מדעיים ותעשייתיים שיכולים לשרת את צורכי הצבא. כלומר, הוא רצה להיות קרוב יותר למרכז הכוח, שם יוכל להשפיע בצורה יעילה יותר על פתרון בעיות מסוימות.

במקביל, הבעיות הטכניות שהכתיב התכנון החדש נפתרו על ידי צוות המעבדה, ועד מהרה החלו להפנות אותן לעבודה על בעיות צבאיות. מכונת רוקפלר הושלמה רק ב-1942. הצבא מצא את זה שימושי לייצור בשורה של שולחנות בליסטיים לתותחים. אבל עד מהרה המכשיר הזה הושחת לחלוטין דִיגִיטָלי מחשבים - המייצגים מספרים לא ככמויות פיזיות, אלא באופן מופשט, תוך שימוש בעמדות מתגים. זה קרה שמנתח רוקפלר עצמו השתמש בדי הרבה מתגים דומים, המורכבים ממעגלי ממסר.

שאנון

ב-1936, קלוד שאנון היה רק ​​בן 20, אבל הוא כבר סיים את לימודיו באוניברסיטת מישיגן עם תואר ראשון בהנדסת חשמל ומתמטיקה. הוא הובא ל-MIT באמצעות עלון שהוצמד ללוח מודעות. Vannevar Bush חיפש עוזר חדש שיעבוד על מנתח הדיפרנציאלי. שאנון הגיש את בקשתו ללא היסוס ועד מהרה עבד על בעיות חדשות לפני שהמכשיר החדש התחיל להתגבש.

שאנון לא היה כמו בוש. הוא לא היה איש עסקים, לא בונה אימפריה אקדמית, ולא מנהל. כל חייו אהב משחקים, חידות ובידור: שחמט, ג'אגלינג, מבוכים, קריפטוגרמות. כמו גברים רבים בתקופתו, במהלך המלחמה הקדיש שאנון את עצמו לעסקים רציניים: הוא מילא תפקיד במעבדות בל במסגרת חוזה ממשלתי, שהגן על גופו השברירי מפני גיוס צבאי. מחקריו על בקרת אש והצפנה בתקופה זו הובילו בתורו לעבודה מכוננת על תורת המידע (שלא ניגע בה). בשנות ה-1950, כשהמלחמה ותוצאותיה שככו, חזר שאנון ללמד ב-MIT, והשקיע את זמנו הפנוי בהסטות: מחשבון שעבד אך ורק עם ספרות רומיות; מכונה, כשהיא מופעלת, הופיעה ממנה זרוע מכנית וכיבתה את המכונה.

המבנה של מכונת רוקפלר שבה נתקל שאנון היה זהה מבחינה לוגית לזה של הנתח משנת 1931, אך הוא נבנה ממרכיבים פיזיים שונים לחלוטין. בוש הבין שהמוטות והגלגלים המכניים במכונות ישנות מפחיתים את יעילות השימוש בהם: כדי לבצע חישובים, היה צורך להקים את המכונה, מה שדרש שעות עבודה רבות של מכונאים מיומנים.

הנתח החדש איבד את החיסרון הזה. העיצוב שלו לא התבסס על שולחן עם מוטות, אלא על commutator cross-disc, אב טיפוס עודף שנתרם על ידי Bell Labs. במקום להעביר כוח מפיר מרכזי, כל מודול אינטגרלי הונע באופן עצמאי על ידי מנוע חשמלי. כדי להגדיר את המכונה כדי לפתור בעיה חדשה, זה היה מספיק פשוט להגדיר את הממסרים במטריצת הקואורדינטות כדי לחבר את האינטגרטורים ברצף הרצוי. קורא קלטות מחורר (שהושאל ממכשיר תקשורת אחר, ה-roll teletype) קרא את תצורת המכונה, ומעגל ממסר המיר את האות מהקלטת לאותות בקרה עבור המטריצה ​​- זה היה כמו להגדיר סדרה של שיחות טלפון בין אינטגרטורים.

המכונה החדשה לא רק הייתה הרבה יותר מהירה וקלה להתקנה, היא גם הייתה מהירה ומדויקת יותר מקודמתה. היא יכולה לפתור בעיות מורכבות יותר. היום המחשב הזה עשוי להיחשב פרימיטיבי, אפילו אקסטרווגנטי, אבל בזמנו נדמה היה למשקיפים כאיזו אינטליגנציה נהדרת - או אולי איומה - שפועלת:

בעיקרון, זה רובוט מתמטי. אוטומט מופעל חשמלי שנועד לא רק להקל על המוח האנושי מהנטל של חישובים וניתוחים כבדים, אלא לתקוף ולפתור בעיות מתמטיות שלא ניתן לפתור על ידי המוח.

שאנון התרכזה בהמרת נתונים מסרט הנייר להוראות ל"מוח", ומעגל הממסר היה אחראי על הפעולה הזו. הוא הבחין בהתאמה בין מבנה המעגל לבין המבנים המתמטיים של האלגברה הבוליאנית, אותה למד בבית הספר לתארים מתקדמים במישיגן. זוהי אלגברה שהאופרנדים שלה היו נכון ולא נכון, ועל ידי מפעילים - ו, או, לא וכו' אלגברה המקבילה להצהרות לוגיות.

לאחר שבילה את קיץ 1937 בעבודה ב-Bell Labs במנהטן (מקום אידיאלי לחשיבה על מעגלי ממסר), שאנון כתב את עבודת המאסטר שלו בשם "ניתוח סימבולי של מעגלים ממסרים ומיתוגים". יחד עם עבודתו של אלן טיורינג שנה קודם לכן, התזה של שאנון היוותה את הבסיס למדעי המחשוב.

בשנות ה-1940 וה-1950, שאנון בנתה מספר מכונות מחשוב/לוגיות: מחשבון החשבון הרומאי THROBAC, מכונת סיום משחק שחמט ותזאוס, מבוך שדרכו נע עכבר אלקטרומכני (בתמונה)

שאנון גילתה שניתן להמיר מערכת של משוואות לוגיות פרופוזיציוניות באופן מכניסטי למעגל פיזי של מתגי ממסר. הוא סיכם: "למעשה כל פעולה שניתן לתאר במספר סופי של שלבים באמצעות מילים IF, AND, OR וכו', ניתן לבצע באופן אוטומטי באמצעות ממסר." לדוגמה, שני ממסרי מתג מבוקרים המחוברים בסדרה יוצרים לוגיקה И: זרם יזרום דרך החוט הראשי רק כאשר שני האלקטרומגנטים מופעלים לסגירת המתגים. במקביל, שני ממסרים מחוברים בצורה מקבילה או: זרם זורם דרך המעגל הראשי, המופעל על ידי אחד האלקטרומגנטים. הפלט של מעגל לוגי כזה יכול, בתורו, לשלוט באלקטרומגנטים של ממסרים אחרים כדי לייצר פעולות לוגיות מורכבות יותר כמו (A И ב) או (ג И ז).

שאנון סיכם את עבודת הגמר שלו בנספח המכיל מספר דוגמאות למעגלים שנוצרו בשיטתו. מכיוון שהפעולות של האלגברה הבוליאנית דומות מאוד לפעולות אריתמטיות בבינארי (כלומר, באמצעות מספרים בינאריים), הוא הראה כיצד ניתן להרכיב ממסר ל"מחבר חשמלי בבינארי" - אנו קוראים לזה מוסיף בינארי. כמה חודשים לאחר מכן, אחד המדענים של מעבדות בל בנה אדנית כזו על שולחן המטבח שלו.

שטיביץ

ג'ורג' שטיביץ, חוקר במחלקה למתמטיקה במטה בל לאבס במנהטן, הביא הביתה סט מוזר של ציוד בערב חשוך של נובמבר ב-1937. תאי סוללה יבשים, שתי נורות קטנות עבור לוחות החומרה, וכמה ממסרים שטוחים מסוג U שנמצאו בפח אשפה. על ידי הוספת כמה חוטים וקצת זבל, הוא הרכיב מכשיר שיכול להוסיף שני מספרים בינאריים חד ספרתיים (המיוצגים על ידי נוכחות או היעדר מתח כניסה) ולהוציא מספר דו ספרתי באמצעות נורות: אחת עבור דולק, אפס עבור כבוי.

מוסיף שטיביץ בינארי

שטיביץ, פיזיקאי בהכשרתו, התבקש להעריך את התכונות הפיזיקליות של מגנטים ממסרים. לא היה לו ניסיון קודם עם ממסרים, ולכן החל בחקר השימוש בהם במעגלי טלפון בל. עד מהרה הבחין ג'ורג' בדמיון בין חלק מהמעגלים ופעולות אריתמטיות בינאריות. מסוקרן, הוא הרכיב את הפרויקט הצדדי שלו על שולחן המטבח.

בהתחלה, ההתעסקות של שטיביץ עם ממסרים עוררה עניין מועט בקרב הנהלת מעבדות בל. אבל בשנת 1938, ראש קבוצת המחקר שאל את ג'ורג' אם ניתן להשתמש במחשבונים שלו לפעולות אריתמטיות עם מספרים מרוכבים (למשל. א + בiאיפה i הוא השורש הריבועי של מספר שלילי). התברר שכמה מחלקות מחשוב במעבדות בל כבר נאנקו כי הן צריכות כל הזמן להכפיל ולחלק מספרים כאלה. הכפלה של מספר מרוכב אחד הצריכה ארבע פעולות אריתמטיות במחשבון שולחני, חלוקה דרשה 16 פעולות. שטיביץ אמר שהוא יכול לפתור את הבעיה ותכנן מעגל מכונה לחישובים כאלה.

העיצוב הסופי, שגולם במתכת על ידי מהנדס הטלפון סמואל וויליאמס, נקרא Complex Number Computer - או בקיצור מחשב קומפלקס - והושק ב-1940. 450 ממסרים שימשו לחישובים, תוצאות ביניים אוחסנו בעשרה מתגי קואורדינטות. נתונים הוזנו והתקבלו באמצעות רול טלטייפ. מחלקות Bell Labs התקינו שלושה טלטייפים כאלה, מה שמעיד על צורך גדול בכוח מחשוב. ממסרים, מטריקס, טלטייפים - מכל בחינה זה היה תוצר של מערכת בל.

השעה הטובה ביותר של קומפלקס מחשב אירעה ב-11 בספטמבר 1940. שטיביץ הציג דו"ח על המחשב בפגישה של האגודה האמריקאית למתמטיקה בדארטמות' קולג'. הוא הסכים שיותקן שם טלטייפ עם חיבור טלגרף ל-Complex Computer במנהטן, 400 קילומטרים משם. המעוניינים יכלו לגשת לטלטייפ, להזין את תנאי הבעיה במקלדת ולראות כיצד תוך פחות מדקה הטלטייפ מדפיס את התוצאה בקסם. בין אלה שבדקו את המוצר החדש היו ג'ון מאוצ'לי וג'ון פון נוימן, שלכל אחד מהם יהיה תפקיד חשוב בהמשך הסיפור שלנו.

משתתפי הפגישה ראו הצצה קצרה לעולם העתידי. מאוחר יותר, המחשבים התייקרו עד כדי כך שמנהלי מערכת לא יכלו להרשות לעצמם יותר לתת להם לשבת בחוסר מעש בזמן שהמשתמש מגרד את סנטרו מול קונסולת הניהול, תוהה מה להקליד אחר כך. במהלך 20 השנים הבאות, מדענים יחשבו כיצד לבנות מחשבים למטרות כלליות שתמיד יחכו לך להזין נתונים לתוכם, אפילו בזמן עבודה על משהו אחר. ואז יעברו עוד 20 שנה עד שאופן המחשוב האינטראקטיבי הזה יהפוך לצו היום.

שטיביץ מאחורי המסוף האינטראקטיבי של דארטמות' בשנות ה-1960. מכללת דארטמות' הייתה חלוצה בתחום המחשוב האינטראקטיבי. שטיביץ הפך לפרופסור בקולג' ב-1964

מפתיע שלמרות הבעיות שהוא פותר, Complex Computer, בסטנדרטים מודרניים, אינו מחשב כלל. הוא יכול לבצע פעולות אריתמטיות על מספרים מרוכבים וכנראה לפתור בעיות דומות אחרות, אבל לא בעיות למטרות כלליות. זה לא היה ניתן לתכנות. הוא לא יכול היה לבצע פעולות בסדר אקראי או שוב ושוב. זה היה מחשבון שמסוגל לבצע חישובים מסוימים הרבה יותר טוב מקודמיו.

עם פרוץ מלחמת העולם השנייה, יצר בל, בהנהגתו של שטיביץ, סדרת מחשבים בשם Model II, Model III ו-Model IV (Complex Computer, בהתאם, נקרא Model I). רובם נבנו לבקשת ועדת המחקר הלאומית להגנה, ובראשה עמד לא אחר מאשר ונבר בוש. Stibitz שיפרה את עיצוב המכונות במונחים של גיוון רב יותר של פונקציות ויכולת תכנות.

לדוגמה, המחשבון הבליסטי (לימים דגם III) פותח לצרכי מערכות בקרת אש נגד מטוסים. הוא נכנס לשירות בשנת 1944 בפורט בליס, טקסס. המכשיר הכיל 1400 ממסרים ויכול לבצע תוכנית של פעולות מתמטיות שנקבעו על ידי רצף של הוראות על סרט נייר בלולאה. קלטת עם נתוני קלט סופקה בנפרד ונתונים טבלאיים סופקו בנפרד. זה איפשר למצוא במהירות את הערכים של, למשל, פונקציות טריגונומטריות ללא חישובים אמיתיים. מהנדסי בל פיתחו מעגלי חיפוש מיוחדים (מעגלי ציד) שסרקו את הקלטת קדימה/אחורה וחיפשו את הכתובת של ערך הטבלה הרצוי, ללא קשר לחישובים. שטיביץ גילה שהמחשב שלו מדגם III, לחיצה על ממסרים ביום ובלילה, החליף 25-40 מחשבים.

מדפי ממסרים מדגם Bell Model III

המכונית מדגם V כבר לא הספיקה לראות שירות צבאי. זה הפך אפילו יותר תכליתי וחזק. אם נעריך את מספר המחשבים שהוא החליף, אז הוא היה גדול פי עשרה בערך מדגם III. מספר מודולי מחשוב עם 9 ממסרים יכלו לקבל נתוני קלט ממספר תחנות, בהן המשתמשים הזינו את התנאים של משימות שונות. לכל תחנה כזו היה קורא קלטות אחד להזנת נתונים וחמישה להוראות. זה איפשר להתקשר לתתי שגרות שונות מהקלטת הראשית בעת חישוב משימה. מודול הבקרה הראשי (בעצם אנלוגי למערכת ההפעלה) הפיץ הוראות בין מודולי מחשוב בהתאם לזמינותם, ותוכניות יכלו לבצע ענפים מותנים. זה כבר לא היה רק ​​מחשבון.

שנת ניסים: 1937

שנת 1937 יכולה להיחשב כנקודת מפנה בהיסטוריה של המחשוב. באותה שנה, שאנון וסטיביץ הבחינו בדמיון בין מעגלי ממסר ופונקציות מתמטיות. ממצאים אלה הובילו את Bell Labs ליצור סדרה של מכונות דיגיטליות חשובות. זה היה סוג של אקספטציה - או אפילו החלפה - כאשר ממסר טלפוני צנוע, מבלי לשנות את צורתו הפיזית, הפך להתגלמות המתמטיקה והלוגיקה המופשטת.

באותה שנה בגיליון ינואר של ההוצאה הליכים של האגודה המתמטית של לונדון פרסם מאמר מאת המתמטיקאי הבריטי אלן טיורינג "על מספרים ניתנים לחישוב ביחס ל בעיה של פתרון"(על מספרים ניתנים לחישוב, עם יישום לבעיית Entscheidungsproblem). הוא תיאר מכונת מחשוב אוניברסלית: המחבר טען שהיא יכולה לבצע פעולות השוות מבחינה לוגית לפעולות של מחשבים אנושיים. טיורינג, שנכנס ללימודי תואר שני באוניברסיטת פרינסטון בשנה הקודמת, הסתקרן גם הוא ממעגלי ממסר. וכמו בוש, הוא מודאג מהאיום הגובר של מלחמה עם גרמניה. אז הוא לקח על עצמו פרויקט הצפנה צדדי - מכפיל בינארי שיכול לשמש להצפנת תקשורת צבאית. טיורינג בנה אותו מממסרים שהורכבו בחנות המכונות של האוניברסיטה.

גם בשנת 1937, הווארד אייקן חשב על מכונת מחשוב אוטומטית מוצעת. סטודנט לתואר שני בהנדסת חשמל בהרווארד, אייקן עשה את חלקו ההוגן בחישובים באמצעות מחשבון מכני בלבד וספרים מודפסים של טבלאות מתמטיקה. הוא הציע עיצוב שיבטל את השגרה הזו. בניגוד למכשירי מחשוב קיימים, הוא היה אמור לעבד תהליכים באופן אוטומטי ומחזורי, תוך שימוש בתוצאות של חישובים קודמים כקלט הבא.

בינתיים, בחברת החשמל של ניפון, מהנדס התקשורת אקירה נקשימה חקר את הקשרים בין מעגלי ממסר למתמטיקה מאז 1935. לבסוף, ב-1938, הוא הוכיח באופן עצמאי את השקילותם של מעגלי ממסר לאלגברה בוליאנית, שאנון גילתה שנה קודם לכן.

בברלין חיפש קונרד זוסה, מהנדס מטוסים לשעבר, שמאס בחישובים האינסופיים הנדרשים בעבודה, מימון לבניית מחשב שני. הוא לא הצליח לגרום למכשיר המכני הראשון שלו, ה-V1, לעבוד בצורה אמינה, אז הוא רצה לייצר מחשב ממסר, אותו פיתח יחד עם חברו, מהנדס התקשורת הלמוט שרייר.

הרבגוניות של ממסרי טלפון, מסקנות לגבי היגיון מתמטי, הרצון של מוחות מבריקים להיפטר מעבודה מרתקת את המוח - כל זה השתלב והוביל להופעתו של הרעיון של סוג חדש של מכונה לוגית.

דור נשכח

פירות התגליות והפיתוחים של 1937 נאלצו להבשיל במשך כמה שנים. המלחמה הוכיחה את עצמה כדשן החזק ביותר, ועם הופעתה החלו להופיע מחשבי ממסר בכל מקום בו הייתה קיימת המומחיות הטכנית הדרושה. ההיגיון המתמטי הפך לסבכה לגפנים של הנדסת החשמל. צורות חדשות של מכונות מחשוב הניתנות לתכנות צצו - הסקיצה הראשונה של מחשבים מודרניים.

בנוסף למכונות של שטיביץ, עד 1944 יכלה ארה"ב להתפאר ב-Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), תוצאה של הצעתו של אייקן. השם הכפול עלה בעקבות הידרדרות היחסים בין האקדמיה לתעשייה: כולם תבעו זכויות על המכשיר. ה-Mark I/ASCC השתמש במעגלי בקרת ממסר, אך היחידה האריתמטית הראשית התבססה על הארכיטקטורה של מחשבונים מכניים של IBM. הרכב נוצר לצרכי הלשכה האמריקאית לבניית ספינות. יורשו, ה-Mark II, החל לפעול ב-1948 באתר ניסויים של חיל הים, וכל פעולותיו התבססו לחלוטין על ממסרים - 13 ממסרים.

במהלך המלחמה, זוזה בנה כמה מחשבי ממסר, שהולכים ומורכבים יותר ויותר. השיא היה ה-V4, שכמו ה-Bell Model V, כלל הגדרות להתקשרות לשגרות משנה וביצוע ענפים מותנים. עקב מחסור בחומר ביפן, אף אחד מהעיצובים של נקשימה ובני ארצו לא התממש במתכת עד שהמדינה התאוששה מהמלחמה. בשנות ה-1950 מימן משרד הסחר והתעשייה החדש שהוקם את יצירתן של שתי מכונות ממסר, כשהשנייה שבהן הייתה מפלצת עם 20 אלף ממסרים. Fujitsu, שהשתתפה ביצירה, פיתחה מוצרים מסחריים משלה.

כיום מכונות אלו נשכחות כמעט לחלוטין. רק שם אחד נשאר בזיכרון - ENIAC. הסיבה לשכחה אינה קשורה למורכבות שלהם, או ליכולות, או למהירות שלהם. המאפיינים החישוביים והלוגיים של ממסרים, שהתגלו על ידי מדענים וחוקרים, חלים על כל סוג של מכשיר שיכול לשמש כמתג. וכך קרה שמכשיר דומה נוסף היה זמין - אֶלֶקטרוֹנִי מתג שיכול לפעול מאות פעמים מהר יותר מממסר.

החשיבות של מלחמת העולם השנייה בהיסטוריה של המחשוב כבר צריכה להיות ברורה. המלחמה הנוראה ביותר הפכה לדחף לפיתוח מכונות אלקטרוניות. השקתו שחררה את המשאבים הדרושים כדי להתגבר על החסרונות הברורים של מתגים אלקטרוניים. תקופת שלטונם של המחשבים האלקטרומכניים הייתה קצרת מועד. כמו הטיטאנים, הם הופלו על ידי ילדיהם. כמו ממסרים, גם המיתוג האלקטרוני נבע מהצרכים של תעשיית הטלקומוניקציה. וכדי לגלות מאיפה זה בא, עלינו להחזיר את ההיסטוריה שלנו לאחור לרגע בשחר עידן הרדיו.

מקור: www.habr.com