忘れられた世代のリレー コンピューター

私たちの 前の記事 は、リレー回路を使用して制御される自動電話交換機の登場について説明しました。 今回は、今では忘れ去られた第一世代のデジタル コンピューターで、科学者やエンジニアがどのようにリレー回路を開発したかについて話したいと思います。

リレーは絶頂期にある

覚えていると思いますが、リレーの動作は、電磁石が金属スイッチを動作させるという単純な原理に基づいています。 リレーのアイデアは、1830 年代に数人の博物学者や電信業界の起業家によって独自に提案されました。 そして XNUMX 世紀半ば、発明家や整備士たちはリレーを信頼性の高い電信ネットワークの不可欠なコンポーネントに変えました。 リレーの寿命が頂点に達したのはこの分野でした。リレーは小型化され、何世代もの技術者が数学と物理学の正式な訓練を受けながら、無数の設計を作成しました。

1870 世紀初頭、自動交換システムだけでなく、ほぼすべての電話ネットワーク機器にも何らかのリレーが組み込まれていました。 電話通信における最も初期の用途の XNUMX つは、XNUMX 年代に遡り、手動交換機でした。 加入者が電話ハンドル (マグネト ハンドル) を回すと、信号が電話交換局に送信され、ミキサーの電源が入りました。 ブランカーは、トリガーされると金属製のフラップが電話交換手の交換台に落ち、着信を知らせるリレーです。 次に、若い女性オペレーターがプラグをコネクタに挿入すると、リレーがリセットされ、その後、フラップを再び持ち上げることができ、フラップは電磁石によってこの位置に保持されました。

1924 人のベル技術者は、10 年までに典型的な手動電話交換機が約 40 人の加入者にサービスを提供したと書いています。 彼女の装置には 65 ～ 10 個のリレーが含まれており、その総磁力は「XNUMX トンを持ち上げるのに十分」でした。 機械交換機を備えた大規模な電話交換機では、これらの特性が XNUMX 倍になります。 米国の電話システム全体では何百万ものリレーが使用されており、電話交換機が自動化されるにつれてその数は増え続けていました。 関連する電話交換機の数と機器に応じて、XNUMX つの電話接続を数個から数百個の中継器で処理できます。

Bell Corporation の製造子会社である Western Electric の工場では、膨大な種類のリレーを生産していました。 エンジニアたちは非常に多くの改良を加えてきたため、最も洗練された犬の飼育者や鳩の飼育者はこの多様性をうらやましく思うでしょう。 リレーの動作速度と感度を最適化し、寸法を縮小しました。 1921 年、ウェスタン エレクトリックは 5 種類の基本タイプのリレーを約 3 万個生産しました。 最も人気のあるのはタイプ E ユニバーサル リレーで、平らでほぼ長方形の装置で、重さは数十グラムでした。 ほとんどの場合、それはプレス加工された金属部品から作られており、つまり製造において技術的に進歩していました。 ハウジングは、隣接するデバイスからの塵や誘導電流から接点を保護します。通常、リレーは、数百、数千のリレーを備えたラック内で、互いに近くに取り付けられていました。 合計 XNUMX のタイプ E バリエーションが開発され、それぞれが異なる巻線と接点構成を備えていました。

すぐに、これらのリレーは最も複雑なスイッチで使用され始めました。

座標整流子

1910 年、スウェーデンの電話市場の大部分 (数十年間、ほぼすべて) を支配していた国営企業ロイヤル テレグラフベルケットのエンジニア、ゴットヒルフ ベトゥランダーは、あるアイデアを思いつきました。 彼は、完全にリレーに基づいた自動交換システムを構築することで、Telegrafverket の業務効率を大幅に向上できると信じていました。 より正確には、リレー マトリックス上で、電話線に接続された鋼棒のグリッドと、棒の交差点にリレーが配置されています。 このようなスイッチは、スライド接点または回転接点に基づくシステムよりも高速で信頼性が高く、保守が容易である必要があります。

さらに、Betulander は、システムの選択部分と接続部分を独立したリレー回路に分離できるというアイデアを思いつきました。 また、システムの残りの部分は音声チャネルを確立するためにのみ使用し、その後は別の通話の処理に解放される必要があります。 つまり、ベトゥランダーは後に「コモンコントロール」と呼ばれるアイデアを思いつきました。

彼は、着信番号を記憶する回路を「レコーダー」と呼びました（別の用語ではレジスター）。 そして、グリッド内で利用可能な接続を見つけて「マーク」する回路は「マーカー」と呼ばれます。 著者は自分のシステムの特許を取得しました。 ストックホルムとロンドンにもそのようなステーションがいくつか登場しました。 そして 1918 年、ベトゥランダーはアメリカの技術革新について知りました。それは、XNUMX 年前にベルのエンジニア、ジョン レイノルズによって作成された座標スイッチです。 このスイッチは Betulander のデザインに非常に似ていましたが、 n+m サービスリレー n+m マトリックス ノードは、電話交換機をさらに拡張するのに非常に便利でした。 接続するときは、保持バーがピアノの弦の「指」をクランプし、選択バーがマトリックスに沿って移動して別の通話に接続します。 翌年、Betulander はこのアイデアをスイッチの設計に組み込みました。

しかし、ほとんどのエンジニアは、Betulander の作品は奇妙で不必要に複雑だと考えていました。 スウェーデンの大都市のネットワークを自動化するスイッチング システムを選択する段階になったとき、Telegrafverket はエリクソンが開発した設計を選択しました。 ベツランダー交換機は田舎の小規模な電話交換機でのみ使用されていました。リレーはエリクソン交換機の電動オートメーションよりも信頼性が高く、各交換機に保守技術者を必要としませんでした。

しかし、アメリカの電話技術者はこの問題について異なる意見を持っていました。 1930 年にベル研究所の専門家がスウェーデンを訪れ、「座標スイッチ モジュールのパラメータに非常に感銘を受けました」。 アメリカ人が帰国すると、すぐに大都市のパネル スイッチを置き換える、No. 1 座標系として知られるものの開発に取り組み始めました。 1938 年までに、そのようなシステムが 30 台ニューヨークに設置されました。 これらはすぐに市の電話交換機の標準装備となり、XNUMX 年以上後に電子交換機に取って代わられました。

X-Switch No. 1 の最も興味深いコンポーネントは、ベルで開発された新しい、より複雑なマーカーでした。 これは、相互に接続された複数の座標モジュールを通じて発信者から着信者までの自由なルートを検索し、それによって電話接続を確立することを目的としていました。 マーカーは、各接続の空き/ビジー状態をテストする必要もありました。 これには、条件付きロジックを適用する必要がありました。 歴史家のロバート・シャピュイは次のように書いています。

空き接続は、出力として次のレベルへの空き接続を持つグリッドへのアクセスを提供する場合にのみ保持されるため、選択は条件付きです。 複数の接続セットが必要な条件を満たす場合、「優先ロジック」により、[既存の] 最も少ない接続の XNUMX つが選択されます。

座標スイッチは、技術的アイデアの相互受精の好例です。 Betulander はオールリレー スイッチを作成し、それをレイノルズ スイッチング マトリクスで改良し、結果として得られた設計のパフォーマンスを証明しました。 その後、AT&T のエンジニアはこのハイブリッド スイッチを再設計し、改良し、座標システム No. 1 を作成しました。その後、このシステムは XNUMX 台の初期のコンピューターのコンポーネントとなり、そのうちの XNUMX 台は現在コンピューティングの歴史のマイルストーンとして知られています。

数学的労働

リレーとその電子部品がコンピューティングの革命にどのように、そしてなぜ貢献したのかを理解するには、微積分の世界に少し足を踏み入れてみる必要があります。 その後、なぜコンピューティングプロセスの最適化に対する隠れた需要があったのかが明らかになるでしょう。

XNUMX 世紀初頭までに、現代の科学と工学のシステム全体は、数学的計算を実行する何千人もの人々の作業に基づいていました。 彼らは呼ばれました コンピュータ (コンピュータ) [混乱を避けるために、この用語は本文全体で使用されます コンピュータ。 - 注記。 レーン]。 1820 年代にチャールズ バベッジが作成した 差分エンジン （ただし、彼の装置にはイデオロギー的な前身があったが）。 その主なタスクは、ナビゲーションなどの数学テーブルの構築 (0 度、0,01 度、0,02 度などの多項式近似による三角関数の計算) を自動化することでした。 天文学における数学的計算にも大きな需要がありました。天球の固定領域での望遠鏡観測の生の結果を処理したり（観測の日時によって異なります）、または新しい天体の軌道を決定したりする必要がありました（たとえば、ハレー彗星）。

バベッジの時代以来、コンピューティング マシンの必要性は何倍にも増加しました。 電力会社は、非常に複雑な動的特性を持つ基幹送電システムの動作を理解する必要がありました。 ベッセマー鋼鉄砲は、地平線の彼方に砲弾を投げることができる (したがって、目標を直接観察できるため、照準を合わせることができなくなりました) より正確な弾道表が必要になりました。 大量の数学的計算 (最小二乗法など) を伴う新しい統計ツールが、科学と成長する政府機関の両方でますます使用されるようになりました。 大学、政府機関、産業企業にはコンピューティング部門が誕生し、通常は女性を採用していました。

機械式電卓は計算問題を簡単にするだけで、解決しませんでした。 電卓は算術演算を高速化しましたが、複雑な科学的または工学的問題には何百、何千もの演算が必要であり、(人間の) 電卓はそのそれぞれを手動で実行し、すべての中間結果を注意深く記録する必要がありました。

数学的計算の問題に対する新しいアプローチの出現には、いくつかの要因が寄与しました。 若い科学者や技術者たちは、夜に自分の仕事を苦痛に計算し、手と目を休ませたいと考えていました。 プロジェクト マネージャーは、特に第一次世界大戦後、多数のコンピュータの給与としてますます多額の金をつぎ込むことを余儀なくされました。 最後に、高度な科学および工学の問題の多くは手作業で計算することが困難でした。 これらすべての要因が一連のコンピューターの作成につながり、その作業はマサチューセッツ工科大学 (MIT) の電気技師ヴァネバー ブッシュの指導の下で行われました。

微分アナライザ

これまでの歴史は非個人的なものが多かったですが、これからはより特定の人物について語られるようになります。 名声は、パネル スイッチ、タイプ E リレー、基準マーカー回路の作成者に受け継がれました。 彼らについての伝記的な逸話さえ残っていない。 彼らの生存を示す唯一公的に入手可能な証拠は、彼らが作成した機械の化石の残骸です。

私たちは今、人々とその過去についてより深く理解できるようになりました。 しかし、屋根裏部屋や自宅の作業場で懸命に働いていたモースとベイル、ベルとワトソンといった人々にはもう会えません。 第一次世界大戦の終わりまでに、英雄的な発明家の時代はほぼ終わりました。 トーマス・エジソンは過渡期の人物と考えることができます。キャリアの初めは雇われ発明家でしたが、終わりには「発明工場」のオーナーになりました。 その時までに、最も注目すべき新技術の開発は、大学、企業の研究部門、政府の研究所などの組織の領域になっていました。 このセクションで取り上げる人々は、そのような組織に属していました。

たとえば、ヴァネヴァー・ブッシュ。 彼は 1919 年、29 歳のときに MIT に到着しました。 20 年余り後、彼は米国の第二次世界大戦への参加に影響を与え、政府資金の増加に貢献した人物の 1920 人となり、政府、学術界、科学技術の発展の関係を永遠に変えました。 しかし、この記事の目的として、私たちは XNUMX 年代半ばからブッシュ研究室で開発され、数学的計算の問題を解決することを目的とした一連のマシンに興味を持っています。

最近ボストン中心部からケンブリッジのチャールズ川ウォーターフロントに移転したばかりの MIT は、産業界のニーズと密接に連携していました。 ブッシュ自身は、教授職に加えて、エレクトロニクス分野のいくつかの企業に経済的利益を持っていました。 したがって、ブッシュ氏と彼の学生たちが新しいコンピューティング デバイスの開発に取り組むきっかけとなった問題、つまりピーク負荷条件下での送電線の動作のシミュレーションがエネルギー業界に由来していることは驚くべきことではありません。 明らかに、これはコンピューターの多くの可能な応用例の XNUMX つにすぎません。退屈な数学的計算があらゆる場所で実行されていました。

ブッシュ氏と彼の同僚は、最初にプロダクト インテグラフと呼ばれる XNUMX つのマシンを構築しました。 しかし、最も有名で成功した MIT マシンは別のマシンでした - 微分アナライザ、1931年に完成。 彼は電気の伝達に関する問題を解決し、電子の軌道や地球の磁場における宇宙放射線の軌道などを計算しました。 計算能力を必要とした世界中の研究者は、1930 年代に微分アナライザーのコピーやバリエーションを数十個作成しました。 中には、Meccano (このブランドのアメリカの子供用組み立てセットの英語版) のものもあります。 イレクターセット).

差動アナライザはアナログ コンピュータです。 数学関数は回転する金属棒を使用して計算され、それぞれの回転速度は何らかの定量的値を反映しました。 モーターは独立したロッド、つまり変数 (通常は時間を表す) を駆動し、そのロッドが機械的接続を介して他のロッド (さまざまな微分変数) を回転させ、入力された回転速度に基づいて関数が計算されました。 計算結果は曲線の形で紙に描かれました。 最も重要なコンポーネントはインテグレータ、つまりディスクとして回転するホイールでした。 積分器は、面倒な手動計算を行わずに曲線の積分を計算できます。

微分アナライザー。 一体型モジュール - 上げられた蓋があり、窓の側面には計算結果を示すテーブルがあり、中央にはコンピューティングロッドのセットがあります

アナライザのコンポーネントには、個別のスイッチング リレーやデジタル スイッチは含まれていませんでした。 では、なぜこのデバイスについて話しているのでしょうか? 答えは 第XNUMX ファミリーカー。

1930 年代初頭、ブッシュは分析装置のさらなる開発のための資金を得るためにロックフェラー財団に働きかけ始めました。 同財団の自然科学責任者ウォーレン・ウィーバー氏は当初、納得していなかった。 エンジニアリングは彼の専門分野ではありませんでした。 しかし、ブッシュ氏は、新しい機械の科学的応用、特にウィーバー氏の得意プロジェクトである数理生物学における無限の可能性を宣伝した。 ブッシュ大統領はまた、「電話交換機のように、分析装置をある問題から別の問題に迅速に切り替える機能」など、分析装置の数多くの改善を約束した。 1936 年、彼の努力は報われ、後にロックフェラー微分分析装置と呼ばれる新しい装置の作成に対して 85 ドルの助成金が与えられました。

実用的なコンピュータとしては、このアナライザーは大きな進歩とは言えませんでした。 MITの副学長兼工学部長となったブッシュは、開発の指揮に多くの時間を割くことができなかった。 実際、彼はすぐに辞退し、ワシントンのカーネギー研究所の会長の職に就いた。 ブッシュは戦争が近づいていることを感じており、軍のニーズに応えることができる科学的および産業的なアイデアをいくつか持っていました。 つまり、彼は権力の中枢に近づき、特定の問題の解決により効果的に影響を与えることを望んでいました。

同時に、新しい設計によって決定された技術的問題は研究所のスタッフによって解決され、すぐに軍事問題への取り組みに転用され始めました。 ロックフェラー・マシンは 1942 年に完成しました。 軍は、これが大砲用の弾道表のインライン生産に役立つことを発見しました。 しかしすぐにこの装置は完全に影を潜めてしまいました デジタル コンピューター - 数値を物理量としてではなく、スイッチの位置を使用して抽象的に表現します。 たまたま、ロックフェラー・アナライザー自体が、リレー回路で構成される同様のスイッチを多数使用していました。

シャノン

1936 年、クロード シャノンはまだ 20 歳でしたが、すでにミシガン大学を卒業し、電気工学と数学の学士号を取得していました。 彼は掲示板に貼られたチラシによって MIT に連れてこられた。 Vannevar Bush は、微分分析装置に取り組む新しいアシスタントを探していました。 シャノンはためらうことなく申請書を提出し、新しいデバイスが具体化し始める前に、すぐに新たな問題に取り組み始めました。

シャノンはブッシュとはまったく似ていなかった。 彼は実業家でも、学術帝国の構築者でも、管理者でもありませんでした。 彼は生涯を通じて、チェス、ジャグリング、迷路、暗号文などのゲーム、パズル、エンターテイメントを愛していました。 同時代の多くの男性と同様、シャノンは戦争中、真剣な事業に専念していた。彼は政府との契約に基づいてベル研究所に勤務し、その虚弱な体を徴兵から守っていた。 この時期の火災制御と暗号化に関する彼の研究は、情報理論に関する独創的な研究につながりました (これについては触れません)。 1950 年代、戦争とその余波が沈静化すると、シャノンは MIT の教職に戻り、自由時間を気晴らしに費やしました。 機械の電源を入れると、そこから機械のアームが現れて機械の電源を切りました。

シャノンが遭遇したロックフェラー マシンの構造は、論理的には 1931 年の分析装置と同じでしたが、完全に異なる物理コンポーネントから構築されていました。 ブッシュ氏は、古い機械のロッドと機械ギアが使用効率を低下させていることに気づきました。計算を実行するには機械をセットアップする必要があり、熟練した機械工による多くの工数が必要でした。

新しいアナライザーではこの欠点が解消されました。 その設計はロッド付きのテーブルではなく、ベル研究所から寄贈された余剰試作品であるクロスディスク整流子に基づいていました。 中心軸から動力を伝達する代わりに、一体化された各モジュールが電気モーターによって独立して駆動されました。 新しい問題を解決するようにマシンを構成するには、座標マトリックス内のリレーを構成して積分器を目的の順序で接続するだけで十分でした。 穴の開いたテープ リーダー (別の通信装置であるロール テレタイプから借用したもの) がマシンの構成を読み取り、リレー回路がテープからの信号をマトリックスの制御信号に変換します。これは、インテグレーター間で一連の電話通話を設定するようなものでした。

新しいマシンは、以前のマシンよりもはるかに高速かつ簡単にセットアップできるだけでなく、より高速かつ正確でした。 彼女はもっと複雑な問題を解決することができた。 今日では、このコンピューターは原始的で贅沢だとさえ考えられているかもしれませんが、当時の観察者にとっては、素晴らしい、あるいはおそらく恐ろしい知性が働いているように見えました。

基本的には数学ロボットです。 人間の脳を重い計算と分析の負担から解放するだけでなく、頭で解決できない数学的問題を攻撃して解決するように設計された電動のオートマトン。

シャノンは紙テープのデータを「脳」への命令に変換することに集中し、リレー回路がこの操作を担当しました。 彼は、回路の構造と、ミシガン大学の大学院で研究したブール代数の数学的構造との間の対応関係に気づきました。 これは、オペランドが次のような代数です。 真と偽、および演算子によって - そして、あるいは、そうではない etc. 論理ステートメントに対応する代数。

1937 年の夏をマンハッタンのベル研究所 (リレー回路について考えるのに理想的な場所) で働いた後、シャノンは「リレーおよびスイッチング回路の記号解析」というタイトルの修士論文を書きました。 前年のアラン・チューリングの研究とともに、シャノンの論文はコンピューティング科学の基礎を形成しました。

1940 年代と 1950 年代に、シャノンはいくつかのコンピューティング/論理マシンを構築しました。THROBAC Roman 微積分計算機、チェスのエンドゲーム マシン、およびテセウス、電気機械式マウスが移動する迷路 (写真)

シャノンは、命題論理方程式系を機械的にリレー スイッチの物理回路に直接変換できることを発見しました。 彼は次のように結論づけています。「言葉を使って有限数のステップで説明できる実質的にあらゆる操作 IF、AND、OR などをリレーを使って自動で行うことができます。 たとえば、直列に接続された XNUMX つの制御されたスイッチ リレーが論理リレーを形成します。 И：両方の電磁石が作動してスイッチが閉じた場合にのみ、主線に電流が流れます。 同時に、XNUMXつのリレーが並列接続されます。 OR: 電磁石の XNUMX つによって主回路に電流が流れます。 このような論理回路の出力は、他のリレーの電磁石を制御して、次のようなより複雑な論理演算を生成できます。 И B) または (C И G)。

シャノンは、彼の手法を使用して作成された回路のいくつかの例を含む付録で博士論文を締めくくりました。 ブール代数の演算は XNUMX 進数での算術演算 (つまり XNUMX 進数の使用) に非常に似ているため、彼はリレーを「XNUMX 進数の電気的加算器」 (これを XNUMX 進加算器と呼んでいます) に組み立てる方法を示しました。 数か月後、ベル研究所の科学者の一人がそのような加算器を自宅のキッチンテーブルに作りました。

スティビッツ

マンハッタンにあるベル研究所の数学科の研究者であるジョージ・スティビッツは、1937 年の暗い XNUMX 月の夜、奇妙な装置一式を家に持ち帰りました。 乾電池、ハードウェア パネル用の XNUMX つの小さなライト、ゴミ箱で見つかった XNUMX つのフラット U リレー。 彼は、数本のワイヤといくつかのジャンクを追加して、XNUMX つの XNUMX 桁の XNUMX 進数 (入力電圧の有無で表される) を加算し、電球を使用して XNUMX 桁の数値を出力できるデバイスを組み立てました。XNUMX つはオン、ゼロはゼロですオフ用。

XNUMX 進シュティービッツ加算器

訓練を受けた物理学者であるシュティービッツは、リレー磁石の物理的特性を評価するよう依頼されました。 彼はリレーについてまったく経験がなかったので、ベル電話回線でのリレーの使用を研究することから始めました。 ジョージはすぐに、いくつかの回路と XNUMX 進算術演算の間に類似点があることに気づきました。 興味をそそられた彼は、キッチンのテーブルでサイドプロジェクトを組み立てました。

当初、シュティービッツ氏がリレーに手を出したことは、ベル研究所の経営陣の間ではほとんど関心を呼びませんでした。 しかし 1938 年、研究グループの責任者はジョージに、彼の計算機が複素数の算術演算に使用できるかどうかを尋ねました。 a+biどこ i は負の数の平方根です)。 ベル研究所のいくつかのコンピューティング部門は、そのような数値の掛け算と割り算を常に行わなければならないため、すでにうめき声を上げていることが判明しました。 16 つの複素数の乗算にはデスクトップ電卓で XNUMX 回の算術演算が必要で、割り算には XNUMX 回の演算が必要でした。 スティビッツ氏は、この問題を解決できると述べ、そのような計算のための機械回路を設計した。

電話技術者のサミュエル・ウィリアムズによって金属で具現化された最終設計は、複素数コンピューター (略して複雑コンピューター) と呼ばれ、1940 年に発売されました。 計算には 450 個のリレーが使用され、中間結果は XNUMX 個の座標スイッチに保存されました。 データはロールテレタイプを使用して入力および受信されました。 ベル研究所の部門は、そのようなテレタイプを XNUMX 台設置しました。これは、コンピューティング能力が大幅に必要であることを示しています。 リレー、マトリックス、テレタイプ - あらゆる点でベル システムの製品でした。

Complex Computer の最高の時は 11 年 1940 月 400 日に訪れました。 スティービッツは、ダートマス大学で開催されたアメリカ数学協会の会合で、コンピューターに関する報告書を発表しました。 彼は、そこにテレタイプを設置し、XNUMXキロ離れたマンハッタンのコンプレックス・コンピューターに電信接続することに同意した。 興味のある人は、テレタイプにアクセスし、キーボードで問題の条件を入力すると、テレタイプが魔法のように XNUMX 分以内に結果を出力する様子を確認できます。 新製品をテストした人の中にはジョン・モークリーとジョン・フォン・ノイマンがおり、彼らはそれぞれ私たちの物語を続ける上で重要な役割を果たすことになります。

会議の参加者は未来の世界を垣間見ることができました。 その後、コンピューターの価格が非常に高価になり、管理者は、ユーザーが管理コンソールの前で顎をかいて、次に何を入力するかを考えている間、コンピューターをアイドル状態にしておくことはできなくなりました。 今後 20 年間、科学者たちは、他の作業をしているときでも常にデータの入力を待っている汎用コンピューターを構築する方法を考えることになるでしょう。 そして、このインタラクティブ モードのコンピューティングが今日の主流になるまで、さらに 20 年かかります。

1960 年代、ダートマス インタラクティブ ターミナルの背後にあるシュティービッツ。 ダートマス大学はインタラクティブ コンピューティングの先駆者でした。 シュティービッツは1964年に大学教授に就任した

驚くべきことに、Complex Computer はさまざまな問題を解決しますが、現代の標準から見れば、まったくコンピューターではありません。 複素数の算術演算を実行でき、おそらく他の同様の問題も解決できますが、汎用的な問題は解決できません。 プログラム可能ではありませんでした。 彼は操作をランダムな順序で実行したり、繰り返し実行したりすることができませんでした。 それは、以前のものよりもはるかに優れた特定の計算を実行できる電卓でした。

第二次世界大戦の勃発に伴い、ベルはシュティービッツの指導の下、モデル II、モデル III、モデル IV と呼ばれる一連のコンピューターを作成しました (したがって、複合コンピューターはモデル I と名付けられました)。 そのほとんどは国防研究委員会の要請に基づいて建設され、その委員長を務めたのは他でもないヴァネヴァー・ブッシュでした。 Stibitz は、機能の多様性とプログラム可能性の点でマシンの設計を改善しました。

たとえば、弾道計算機 (後のモデル III) は、対空射撃管制システムのニーズに合わせて開発されました。 1944 年にテキサス州フォート ブリスで運用が開始されました。 この装置には 1400 個のリレーが含まれており、ループ状の紙テープ上の一連の命令によって決定される数学的演算のプログラムを実行できました。 入力データを含むテープは別個に提供され、表形式のデータは別個に提供されました。 これにより、実際の計算を行わずに、たとえば三角関数の値をすばやく見つけることが可能になりました。 ベルのエンジニアは、計算に関係なく、テープを前後方向にスキャンして目的のテーブル値のアドレスを検索する特別な検索回路 (ハンティング回路) を開発しました。 スティビッツ氏は、彼のモデル III コンピューターが昼夜問わずリレーを鳴らしながら、25 ～ 40 台のコンピューターを置き換えていることに気づきました。

Bell モデル III リレー ラック

モデル V の車にはもはや兵役に就く時間がありませんでした。 さらに多用途かつ強力になりました。 置き換えたコンピュータの数を計算すると、モデル III の約 9 倍になります。 XNUMX 個のリレーを備えたいくつかのコンピューティング モジュールは、ユーザーがさまざまなタスクの条件を入力するいくつかのステーションから入力データを受信できます。 このような各ステーションには、データ入力用に XNUMX 台のテープ リーダー、指示用に XNUMX 台のテープ リーダーがありました。 これにより、タスクの計算時にメインテープからさまざまなサブルーチンを呼び出すことが可能になりました。 メイン制御モジュール (本質的にオペレーティング システムの類似物) は、可用性に応じてコンピューティング モジュール間で命令を分散し、プログラムは条件付き分岐を実行できます。 それはもはや単なる計算機ではありませんでした。

奇跡の年: 1937

1937 年は、コンピューティングの歴史における転換点と考えることができます。 その年、シャノンとスティビッツはリレー回路と数学関数の類似性に気づきました。 これらの発見により、ベル研究所は一連の重要なデジタルマシンを開発しました。 それは一種のことでした 摘出 ささやかな電話リレーが、物理的な形状を変えることなく、抽象的な数学と論理を具現化したとき、あるいはその代替品でさえありました。

同年XNUMX月号に掲載 ロンドン数学会の議事録 英国の数学者アラン・チューリングによる記事「以下に関する計算可能な数について」を発表 解像度の問題(計算可能な数について、Entscheidungs 問題への応用を伴う)。 それは万能のコンピューティング マシンについて説明しており、著者は、それが人間のコンピュータの動作と論理的に同等の動作を実行できると主張しました。 前年にプリンストン大学の大学院に入学したチューリング氏も、リレーサーキットに興味を持っていた。 そしてブッシュ同様、ドイツとの戦争の脅威が増大することを懸念している。 そこで彼は、軍事通信の暗号化に使用できるバイナリ乗算器という副次的な暗号化プロジェクトに取り組みました。 チューリングは大学の機械工場で組み立てられたリレーからそれを作りました。

同じく 1937 年、ハワード エイケンは自動計算機の提案について考えていました。 ハーバード大学の電気工学の大学院生であるエイケンは、機械式電卓と印刷された数表の本のみを使用してかなりの計算を行いました。 彼はこのルーティンを排除するデザインを提案しました。 既存のコンピューティング デバイスとは異なり、前の計算の結果を次の計算の入力として使用して、プロセスを自動的かつ周期的に処理することになっていました。

一方、日本電力会社では、電気通信技術者の中島明氏が 1935 年からリレー回路と数学の関係を研究していました。 最後に、1938 年に、シャノンが XNUMX 年前に発見していたブール代数に対するリレー回路の等価性を独自に証明しました。

ベルリンでは、仕事で必要とされる終わりのない計算にうんざりしていた元航空機エンジニアのコンラート・ツーゼが、1台目のコンピューターを構築するための資金を探していた。 彼は最初の機械装置である VXNUMX を確実に動作させることができなかったので、友人の電気通信技術者のヘルムート シュレイヤーと共同開発したリレー コンピューターを作りたいと考えました。

電話リレーの多用途性、数学的論理に関する結論、頭の回転が鈍くなるような仕事から解放されたいという聡明な頭脳の願望 - これらすべてが絡み合い、新しいタイプの論理マシンのアイデアの出現につながりました。

忘れられた世代

1937 年の発見と開発の成果は、数年間熟成する必要がありました。 戦争は最も強力な肥料であることが判明し、戦争の到来とともに、必要な技術的専門知識が存在する場所にはどこでも中継コンピュータが登場し始めました。 数理論理学は電気工学の蔓の棚となりました。 新しい形式のプログラム可能なコンピューティング マシンが登場し、これが現代のコンピューターの最初のスケッチとなりました。

シュティービッツのマシンに加えて、エイケンの提案の結果、1944 年までに米国はハーバード マーク I/IBM 自動シーケンス制御計算機 (ASCC) を誇ることができました。 この二重名は、学界と産業界の関係悪化により生じ、誰もがこのデバイスに対する権利を主張したためです。 Mark I/ASCC はリレー制御回路を使用していましたが、主要な演算ユニットは IBM 機械式計算機のアーキテクチャに基づいていました。 この車両は米国造船局のニーズに合わせて作成されました。 その後継機であるマーク II は 1948 年に海軍試験場で運用を開始し、そのすべての運用は完全にリレー (13 個のリレー) に基づいていました。

戦争中、Zuse はいくつかのリレー コンピューターを構築し、ますます複雑になっていきました。 その集大成となったのが V4 で、ベル モデル V と同様にサブルーチンの呼び出しや条件分岐の設定が含まれていました。 日本では材料不足のため、日本が戦争から復興するまで、ナカシマと彼の同胞のデザインはいずれも金属で実現されませんでした。 1950 年代、新設の外国通商産業省は 20 台のリレー マシンの開発に資金を提供しました。XNUMX 台目は XNUMX 個のリレーを備えたモンスターでした。 作成に参加した富士通は、独自の商用製品を開発しました。

今日、これらの機械はほとんど完全に忘れ去られています。 メモリに残るのは XNUMX つの名前、ENIAC だけです。 忘れ去られる理由は、その複雑さ、機能、速度とは関係ありません。 科学者や研究者によって発見されたリレーの計算的および論理的特性は、スイッチとして機能するあらゆる種類のデバイスに適用されます。 そして、たまたま別の同様のデバイスが利用可能でした - エレクトロニック リレーよりも数百倍速く動作するスイッチ。

コンピューティングの歴史における第二次世界大戦の重要性はすでに明らかです。 最も悲惨な戦争は電子機械の発展のきっかけとなりました。 この製品の発売により、電子スイッチの明らかな欠点を克服するために必要なリソースが解放されました。 電気機械コンピューターの統治は短命でした。 タイタンズと同じように、彼らも子供たちによって打倒されました。 リレーと同様、電子交換機も電気通信業界のニーズから生まれました。 そして、それがどこから来たのかを知るには、歴史をラジオ時代の夜明けの瞬間まで巻き戻す必要があります。

出所： habr.com