Біздің релелік тізбектердің көмегімен басқарылатын автоматты телефон коммутаторларының өсуін сипаттады. Бұл жолы біз ғалымдар мен инженерлер цифрлық компьютерлердің бірінші – қазір ұмытылған – ұрпақтарында релелік схемаларды қалай жасағаны туралы айтқымыз келеді.
Эстафета өзінің шарықтау шегінде
Естеріңізде болса, реле жұмысы қарапайым принципке негізделген: электромагнит металл қосқышты басқарады. Эстафета идеясын 1830 жылдары телеграф бизнесіндегі бірнеше натуралистер мен кәсіпкерлер өз бетінше ұсынды. Содан кейін, XNUMX ғасырдың ортасында өнертапқыштар мен механиктер релелерді телеграф желілерінің сенімді және таптырмас құрамдас бөлігіне айналдырды. Дәл осы салада эстафетаның өмірі өзінің шарықтау шегіне жетті: ол кішірейтілді және инженерлердің ұрпақтары математика мен физикадан ресми түрде оқу кезінде сансыз дизайн жасады.
1870 ғасырдың басында автоматты коммутациялық жүйелер ғана емес, сонымен қатар телефон желісінің барлық дерлік жабдықтарында реленің қандай да бір түрі болды. Телефон байланысындағы ең алғашқы қолданыстардың бірі XNUMX жылдарға, қолмен коммутаторларға жатады. Абонент телефон тұтқасын (магниттік тұтқаны) бұрған кезде телефон станциясына сигнал жіберілді, блендерді қосады. Бланка – іске қосылған кезде телефон операторының коммутация үстеліне металл қақпақ түсіп, кіріс қоңырауды көрсететін реле. Содан кейін жас оператор штепсельді қосқышқа енгізді, реле қалпына келтірілді, содан кейін электромагнитпен осы күйде ұсталған қақпақты қайтадан көтеруге болады.
1924 жылға қарай екі Белл инженері типтік қол телефон станциясы шамамен 10 40 абонентке қызмет көрсетті деп жазды. Оның жабдығында 65-10 мың реле болды, олардың жалпы магниттік күші «XNUMX тоннаны көтеруге жетеді». Машиналық қосқыштары бар үлкен телефон станцияларында бұл сипаттамалар екіге көбейтілді. АҚШ-тың бүкіл телефон жүйесінде миллиондаған реле пайдаланылды және телефон станциялары автоматтандырылған сайын олардың саны үнемі өсіп отырды. Бір телефон байланысы тартылған телефон станцияларының саны мен жабдықтарына байланысты бірнеше жүзден бірнеше жүзге дейінгі реле арқылы қызмет көрсете алады.
Bell корпорациясының еншілес кәсіпорны болып табылатын Western Electric зауыттары релелердің үлкен ауқымын шығарды. Инженерлер соншалықты көптеген модификацияларды жасады, сондықтан ең күрделі ит өсірушілер немесе көгершін өсірушілер бұл әртүрлілікке қызғанышпен қарайды. Реленің жұмыс жылдамдығы мен сезімталдығы оңтайландырылды, ал өлшемдері азайтылды. 1921 жылы Western Electric жүз негізгі түрдегі 5 миллионға жуық реле шығарды. Ең танымал E типті әмбебап реле болды, салмағы бірнеше ондаған грамм болатын тегіс, дерлік төртбұрышты құрылғы. Көбінесе ол штампталған металл бөлшектерден жасалған, яғни өндірісте технологиялық тұрғыдан жетілдірілген. Корпус контактілерді шаңнан және көрші құрылғылардың индукциялық токтарынан қорғады: әдетте релелер бір-біріне жақын, жүздеген және мыңдаған релелері бар тіректерге орнатылды. Барлығы 3 типті E нұсқасы әзірленді, олардың әрқайсысында әртүрлі орам және контакт конфигурациялары бар.
Көп ұзамай бұл релелер ең күрделі ажыратқыштарда қолданыла бастады.
Координаталық коммутатор
1910 жылы швед телефон нарығының көп бөлігін (ондаған жылдар бойы, барлығына дерлік) басқаратын Royal Telegrafverket мемлекеттік корпорациясының инженері Готтилф Бетуландердің бір идеясы бар. Ол толығымен реле негізіндегі автоматты коммутация жүйелерін құру арқылы Telegrafverket жұмысының тиімділігін айтарлықтай жақсарта алатынына сенді. Дәлірек айтқанда, релелік матрицалар бойынша: телефон желілеріне қосылған болат штангалардың торлары, штангалардың қиылысында релелері бар. Мұндай қосқыш жылжымалы немесе айналмалы контактілерге негізделген жүйелерге қарағанда жылдамырақ, сенімдірек және техникалық қызмет көрсету оңайырақ болуы керек.
Сонымен қатар, Бетуландер жүйенің таңдау және қосу бөліктерін тәуелсіз релелік схемаларға бөлуге болатын идеяны ұсынды. Ал жүйенің қалған бөлігі тек дауыстық арнаны орнату үшін ғана пайдаланылуы керек, содан кейін басқа қоңырауды өңдеу үшін босатылуы керек. Яғни, Бетуландер кейінірек «жалпы бақылау» деп аталатын идеяны ұсынды.
Ол кіріс қоңырау нөмірін сақтайтын схеманы «регистратор» деп атады (басқа термин - регистр). Тордағы қолжетімді қосылымды тауып, «белгілейтін» схема «маркер» деп аталады. Автор өз жүйесін патенттеді. Осындай бірнеше станциялар Стокгольм мен Лондонда пайда болды. Ал 1918 жылы Бетуландер американдық инновация туралы білді: бес жыл бұрын Bell инженері Джон Рейнольдс жасаған координаталық қосқыш. Бұл қосқыш Бетуландердің дизайнына өте ұқсас болды, бірақ ол пайдаланылды n + м қызмет көрсету релесі n + м матрицалық түйіндер, бұл телефон станцияларын одан әрі кеңейту үшін әлдеқайда ыңғайлы болды. Қосылу кезінде ұстау жолағы фортепиано жолын «саусақтарды» қысады және таңдау жолағы басқа қоңырауға қосылу үшін матрица бойымен қозғалады. Келесі жылы Бетуландер бұл идеяны коммутатор дизайнына енгізді.
Бірақ инженерлердің көпшілігі Бетуландердің туындысын оғаш және қажетсіз күрделі деп санады. Швецияның ірі қалаларының желілерін автоматтандыру үшін коммутациялық жүйені таңдау уақыты келгенде, Telegrafverket Ericsson әзірлеген дизайнды таңдады. Бетуландер коммутаторлары ауылдық жерлердегі шағын телефон станцияларында ғана қолданылды: релелер Ericsson коммутаторларының моторлы автоматтандыруына қарағанда сенімдірек болды және әр станцияда техникалық қызмет көрсетуші мамандарды қажет етпеді.
Алайда, американдық телефон инженерлері бұл мәселеде басқаша пікірде болды. 1930 жылы Bell Labs мамандары Швецияға келіп, «координаталық қосқыш модулінің параметрлеріне қатты таң қалды». Америкалықтар қайтып оралған соң, олар бірден №1 координаттар жүйесі деп аталатын жүйемен жұмыс істей бастады, үлкен қалалардағы панельдік коммутаторларды ауыстырды. 1938 жылға қарай Нью-Йоркте осындай екі жүйе орнатылды. Көп ұзамай олар қалалық телефон станциялары үшін стандартты жабдыққа айналды, 30 жылдан астам уақыт өткеннен кейін электронды коммутаторлар оларды ауыстырғанға дейін.
№1 X-Switch-тің ең қызықты құрамдас бөлігі Bell-де жасалған жаңа, күрделірек маркер болды. Ол бір-бірімен байланысқан бірнеше координаттық модульдер арқылы қоңырау шалушыдан қоңырау шалушыға еркін бағытты іздеуге, сол арқылы телефон байланысын құруға арналған. Сондай-ақ, маркер бос/бос емес күй үшін әрбір қосылымды тексеруі керек болды. Бұл шартты логиканы қолдануды талап етті. Тарихшы Роберт Чапуис жазғандай:
Таңдау шартты, себебі бос қосылым оның шығысы ретінде келесі деңгейге еркін қосылымы бар торға қатынасты қамтамасыз еткен жағдайда ғана сақталады. Егер бірнеше қосылымдар қажетті шарттарды қанағаттандырса, онда «артықшылықты логика» ең аз қосылымдардың бірін таңдайды...
Координаталық қосқыш - технологиялық идеяларды айқас ұрықтандырудың тамаша мысалы. Бетуландер өзінің толық релелік қосқышын жасады, содан кейін оны Рейнольдс коммутациялық матрицасы арқылы жетілдірді және алынған дизайнның өнімділігін дәлелдеді. AT&T инженерлері кейінірек бұл гибридті ауыстырып-қосқыштың дизайнын қайта жасап, оны жетілдірді және №1 координаттар жүйесін жасады. Содан кейін бұл жүйе екі ерте компьютердің құрамдас бөлігі болды, олардың бірі қазір есептеу тарихындағы маңызды кезең ретінде белгілі.
Математикалық еңбек
Эстафеталар мен олардың электронды немерелері есептеуіш техникада төңкеріс жасауға қалай және неліктен көмектескенін түсіну үшін бізге есептеулер әлеміне қысқаша шолу қажет. Осыдан кейін есептеу процестерін оңтайландыруға неліктен жасырын сұраныс болғаны белгілі болады.
XNUMX ғасырдың басына қарай қазіргі ғылым мен техниканың бүкіл жүйесі математикалық есептеулерді орындайтын мыңдаған адамдардың еңбегіне негізделді. Олар шақырылды компьютерлер (компьютерлер) [Шатаспау үшін бұл термин бүкіл мәтінде қолданылады калькуляторлар. - Ескерту. жолақ]. 1820 жылдары Чарльз Бэббидж құрды (оның аппаратында идеологиялық предшественники болғанымен). Оның негізгі міндеті математикалық кестелерді құруды автоматтандыру болды, мысалы, навигация үшін (тригонометриялық функцияларды 0 градус, 0,01 градус, 0,02 градус және т.б. полиномды жуықтау арқылы есептеу). Астрономияда математикалық есептеулерге де үлкен сұраныс болды: аспан сферасының бекітілген аймақтарында (бақылаулар уақыты мен күніне байланысты) телескопиялық бақылаулардың бастапқы нәтижелерін өңдеу немесе жаңа объектілердің орбиталарын анықтау қажет болды (мысалы, Галлей кометасы).
Бэббидж заманынан бері есептеуіш машиналарға деген қажеттілік бірнеше есе артты. Электр энергетикасы компаниялары өте күрделі динамикалық қасиеттері бар магистральдық электр беру жүйелерінің әрекетін түсінуі керек болды. Снарядтарды көкжиекке лақтыруға қабілетті Бессемер болат зеңбіректері (сондықтан нысананы тікелей бақылаудың арқасында олар енді көзделмеді) барған сайын дәл баллистикалық үстелдерді қажет етті. Үлкен көлемдегі математикалық есептеулерді қамтитын жаңа статистикалық құралдар (мысалы, ең кіші квадраттар әдісі) ғылымда да, өсіп келе жатқан мемлекеттік аппаратта да көбірек қолданыла бастады. Есептеу бөлімдері әдетте әйелдерді жұмысқа алатын университеттерде, мемлекеттік мекемелерде және өнеркәсіптік корпорацияларда пайда болды.
Механикалық калькуляторлар есептеулер мәселесін жеңілдеткенімен, оны шешпеді. Калькуляторлар арифметикалық операцияларды жылдамдатты, бірақ кез келген күрделі ғылыми немесе инженерлік есеп жүздеген немесе мыңдаған операцияларды қажет етті, олардың әрқайсысын (адам) калькулятор қолмен орындауы керек, барлық аралық нәтижелерді мұқият жазып алды.
Математикалық есептеулер мәселесіне жаңа көзқарастардың пайда болуына бірнеше факторлар ықпал етті. Түнімен міндеттерін қинап есептеген жас ғалымдар мен инженерлер қолдары мен көздерін демалдырғысы келді. Жоба менеджерлері көптеген компьютерлердің жалақысы үшін, әсіресе Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін көбірек ақша бөлуге мәжбүр болды. Ақырында, көптеген озық ғылыми және инженерлік есептерді қолмен есептеу қиын болды. Осы факторлардың барлығы Массачусетс технологиялық институтының (MIT) инженер-электригі Ванневар Буштың басшылығымен жұмыс жүргізілген компьютерлер сериясын жасауға әкелді.
Дифференциалдық анализатор
Осы уақытқа дейін тарих жиі тұлғасыз болды, бірақ енді біз нақты адамдар туралы көбірек айта бастаймыз. Даңқ панельдік қосқышты, E типті реле мен сенімді маркер схемасын жасаушыларға берілді. Олар туралы өмірбаяндық анекдоттар да сақталмаған. Олардың өмірінің жалпыға қол жетімді жалғыз дәлелі - олар жасаған машиналардың қазба қалдықтары.
Енді біз адамдар мен олардың өткенін тереңірек түсіне аламыз. Бірақ біз бұдан былай үйде шатырлар мен шеберханаларда ауыр жұмыс істегендерді кездестірмейміз - Морзе мен Вейл, Белл мен Уотсон. Бірінші дүниежүзілік соғыстың аяғында қаһарман өнертапқыштар дәуірі аяқталуға жақын қалды. Томас Эдисонды өтпелі тұлға деп санауға болады: мансабының басында ол жалдамалы өнертапқыш болды, ал оның соңында ол «өнертапқыш фабрикасының» иесі болды. Ол кезде ең көрнекті жаңа технологияларды әзірлеу ұйымдардың — университеттердің, корпоративтік зерттеу бөлімдерінің, мемлекеттік зертханалардың саласына айналды. Бұл бөлімде біз айтатын адамдар осындай ұйымдарға тиесілі болды.
Мысалы, Ванневар Буш. Ол MIT-ге 1919 жылы 29 жасында келген. 20 жылдан сәл астам уақыттан кейін ол Америка Құрама Штаттарының Екінші дүниежүзілік соғысқа қатысуына әсер еткен және үкіметтің, академияның және ғылым мен технологияның дамуы арасындағы қарым-қатынасты мәңгілікке өзгерткен үкіметтік қаржыландыруды арттыруға көмектескен адамдардың бірі болды. Бірақ осы мақаланың мақсаттары үшін бізді Буш зертханасында 1920 жылдардың ортасынан бастап жасалған және математикалық есептеулер мәселесін шешуге арналған машиналар сериясы қызықтырады.
Жақында Бостонның орталығынан Кембридждегі Чарльз өзенінің жағасына көшкен MIT өнеркәсіп қажеттіліктерімен тығыз үйлеседі. Буштың өзі профессорлық қызметтен басқа электроника саласындағы бірнеше кәсіпорындарда қаржылық мүдделері болды. Сондықтан Буш пен оның студенттерін жаңа есептеуіш құрылғыда жұмыс істеуге итермелеген мәселе энергетикалық индустрияда пайда болғаны таң қалмауы керек: ең жоғары жүктеме жағдайында электр беру желілерінің әрекетін модельдеу. Әлбетте, бұл компьютерлердің көптеген мүмкін қосымшаларының бірі ғана болды: барлық жерде жалықтыратын математикалық есептеулер жүргізілді.
Буш және оның әріптестері алдымен өнімнің интеграфтары деп аталатын екі машина құрастырды. Бірақ ең танымал және сәтті MIT машинасы тағы бір болды - дифференциалды анализатор, 1931 жылы аяқталды. Ол электр тогын тасымалдау мәселелерін шешті, электрондардың орбиталарын, Жердің магнит өрісіндегі ғарыштық сәулелену траекторияларын және тағы басқаларды есептеді. Есептеу қуатын қажет ететін дүние жүзіндегі зерттеушілер 1930 жылдары дифференциалдық анализатордың ондаған көшірмелері мен нұсқаларын жасады. Кейбіреулер тіпті Мекканодан (брендтің американдық балалар құрылыс жинақтарының ағылшын аналогы). ).
Дифференциалды анализатор – аналогты компьютер. Математикалық функциялар айналатын металл шыбықтар арқылы есептелді, олардың әрқайсысының айналу жылдамдығы кейбір сандық мәнді көрсетті. Қозғалтқыш тәуелсіз штанганы жүргізді - айнымалы (әдетте ол уақытты бейнелейді), ол өз кезегінде механикалық қосылыстар арқылы басқа штангаларды (әр түрлі дифференциалды айнымалылар) айналдырды және функция кіріс айналу жылдамдығына негізделген есептелді. Есептеулер нәтижелері қағазға қисық түрінде сызылған. Ең маңызды құрамдас бөліктер интеграторлар болды - дискілер ретінде айналатын дөңгелектер. Интеграторлар қисық интегралды қолмен жалықтырмайтын есептеулерсіз есептей алады.
Дифференциалдық анализатор. Интегралды модуль - көтерілген қақпағы бар, терезенің бүйір жағында есептеулердің нәтижелері бар кестелер, ал ортасында - есептеу шыбықтар жиынтығы.
Анализатордың құрамдас бөліктерінің ешқайсысында дискретті коммутациялық релелер немесе кез келген сандық қосқыштар болған жоқ. Неліктен біз бұл құрылғы туралы айтып отырмыз? Жауап мынада төртінші отбасылық көлік.
1930 жылдардың басында Буш анализаторды одан әрі дамыту үшін қаржы алу үшін Рокфеллер қорына жүгіне бастады. Қордың жаратылыстану ғылымдарының жетекшісі Уоррен Уивер бастапқыда сенбеген еді. Инженерлік оның мамандығы емес еді. Бірақ Буш өзінің жаңа машинасының ғылыми қолдану үшін шексіз әлеуетін атап өтті, әсіресе математикалық биологияда, Уивердің үй жануарлары жобасында. Буш сонымен қатар анализаторды көптеген жақсартуларға уәде берді, оның ішінде «талдағышты телефон коммутаторы сияқты бір мәселеден екіншісіне жылдам ауыстыру мүмкіндігі». 1936 жылы оның күш-жігері кейінірек Рокфеллердің дифференциалды анализаторы деп аталатын жаңа құрылғыны жасау үшін 85 XNUMX доллар грантымен марапатталды.
Практикалық компьютер ретінде бұл анализатор үлкен серпіліс болған жоқ. MIT вице-президенті және инженерия департаментінің деканы болған Буш дамуды басқаруға көп уақыт бөле алмады. Шын мәнінде, ол көп ұзамай Вашингтондағы Карнеги институтының төрағасы міндетін атқара отырып, қызметінен кетті. Буш соғыстың жақындап келе жатқанын сезді және оның әскери қажеттіліктерге қызмет ете алатын бірнеше ғылыми және өндірістік идеялары болды. Яғни, ол белгілі бір мәселелердің шешілуіне тиімдірек ықпал ете алатын билік орталығына жақынырақ болғысы келді.
Сонымен бірге жаңа дизайнмен жазылған техникалық мәселелер зертхана қызметкерлерімен шешіліп, олар көп ұзамай әскери мәселелерге бағыттала бастады. Рокфеллер машинасы 1942 жылы ғана аяқталды. Әскерилер оны артиллерияға арналған баллистикалық үстелдерді өндіру үшін пайдалы деп тапты. Бірақ көп ұзамай бұл құрылғы таза тұтылды сандық компьютерлер — сандарды физикалық шамалар ретінде емес, абстрактілі түрде ауыстырып-қосқыш позицияларын пайдалана отырып көрсетеді. Рокфеллер анализаторының өзі релелік тізбектерден тұратын көптеген ұқсас қосқыштарды пайдаланғаны осылай болды.
Шеннон
1936 жылы Клод Шеннон небәрі 20 жаста еді, бірақ ол Мичиган университетін электротехника және математика бакалавры дәрежесімен бітірген болатын. Оны MIT-ке хабарландыру тақтасына бекітілген флайер әкелді. Ванневар Буш дифференциалдық анализаторда жұмыс істеу үшін жаңа көмекші іздеді. Шеннон еш ойланбастан өтінішін берді және көп ұзамай жаңа құрылғы қалыптаса бастағанға дейін жаңа мәселелермен айналысты.
Шеннон Бушқа ұқсамайтын. Ол бизнесмен де, академиялық империя құрушы да, әкімші де емес еді. Өмір бойы ол ойындарды, басқатырғыштарды және ойын-сауықты жақсы көрді: шахмат, жонглерлік, лабиринт, криптограммалар. Өз дәуірінің көптеген адамдары сияқты, соғыс кезінде Шеннон өзін маңызды бизнеске арнады: ол үкіметтік келісім-шарт бойынша Bell Labs-те қызмет атқарды, бұл оның әлсіз денесін әскери қызметке шақырудан қорғады. Осы кезеңдегі оның өртті бақылау және криптография бойынша зерттеулері өз кезегінде ақпарат теориясы бойынша іргелі жұмысқа әкелді (біз оған тоқталмаймыз). 1950 жылдары, соғыс және оның салдары басылған кезде, Шеннон MIT-де сабақ беруге қайта оралып, бос уақытын диверсияға жұмсады: тек рим цифрларымен жұмыс істейтін калькулятор; машина, қосылған кезде одан механикалық қол пайда болып, машинаны өшірді.
Шеннон кездестірген Рокфеллер машинасының құрылымы логикалық тұрғыдан 1931 жылғы анализатормен бірдей болды, бірақ ол мүлдем басқа физикалық компоненттерден жасалған. Буш ескі машиналардағы штангалар мен механикалық берілістер оларды пайдалану тиімділігін төмендететінін түсінді: есептеулерді орындау үшін машинаны орнату керек болды, бұл білікті механиктердің көп адам-сағат жұмысын қажет етеді.
Жаңа анализатор бұл кемшілігін жоғалтты. Оның дизайны таяқшалары бар үстелге емес, кросс-дискілі коммутаторға негізделген, Bell Labs сыйға тартқан артық прототипі. Орталық біліктен қуатты берудің орнына, әрбір интегралды модуль электр қозғалтқышымен дербес басқарылды. Жаңа мәселені шешу үшін машинаны конфигурациялау үшін интеграторларды қажетті ретпен қосу үшін координаталық матрицадағы релелерді конфигурациялау жеткілікті болды. Перфоленталы оқу құрылғысы (басқа телекоммуникациялық құрылғыдан, роликті телетайптан алынған) машинаның конфигурациясын оқиды, ал реле тізбегі таспадағы сигналды матрицаның басқару сигналдарына түрлендірді — бұл интеграторлар арасындағы телефон қоңырауларының сериясын орнату сияқты болды.
Жаңа машина әлдеқайда жылдам және оңай орнатылып қана қойған жоқ, сонымен қатар ол бұрынғыдан да жылдам және дәл болды. Ол одан да күрделі мәселелерді шеше алады. Бүгінгі күні бұл компьютерді қарапайым, тіпті экстравагант деп санауға болады, бірақ сол кезде бақылаушыларға жұмыс кезінде қандай да бір керемет немесе мүмкін қорқынышты интеллект көрінді:
Негізінде бұл математикалық робот. Электрмен жұмыс істейтін автомат адам миын ауыр есептеулер мен талдаулардан босату үшін ғана емес, сонымен қатар ақыл-оймен шешілмейтін математикалық есептерге шабуыл жасау және оларды шешу үшін жасалған.
Шеннон қағаз таспадағы деректерді «миға» арналған нұсқауларға түрлендіруге шоғырланды және реле тізбегі бұл операцияға жауапты болды. Ол Мичигандағы аспирантурада оқыған буль алгебрасының математикалық құрылымдары мен схема құрылымының сәйкестігін байқады. Бұл операндтары болған алгебра ШЫН және ЖАЛҒАН, ал операторлар бойынша - ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС т.б. логикалық тұжырымдарға сәйкес алгебра.
1937 жылдың жазын Манхэттендегі Bell зертханасында (релелік схемалар туралы ойлауға тамаша орын) жұмыс істегеннен кейін Шеннон «Релелік және коммутациялық тізбектердің символдық талдауы» атты магистрлік диссертациясын жазды. Алан Тьюрингтің бір жыл бұрынғы жұмысымен қатар, Шеннонның тезисі есептеу ғылымының негізін қалады.
1940 және 1950 жылдары Шеннон бірнеше есептеу/логикалық машиналарды құрастырды: THROBAC Roman есептеу калькуляторы, шахмат ойынының соңы машинасы және Тесейс, электромеханикалық тінтуір қозғалатын лабиринт (суретте)
Шеннон болжамды логикалық теңдеулер жүйесін механикалық түрде релелік қосқыштардың физикалық тізбегіне тікелей түрлендіруге болатынын ашты. Ол былай деп қорытындылады: «Сөздерді қолданатын қадамдардың шектеулі санымен сипатталуы мүмкін іс жүзінде кез келген операция ЕГЕР, ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ т.б. реле арқылы автоматты түрде орындалуы мүмкін». Мысалы, тізбектей қосылған екі басқарылатын коммутатор релесі логиканы құрайды И: қосқыштарды жабу үшін екі электромагнит те іске қосылғанда ғана ток негізгі сым арқылы өтеді. Бұл ретте екі реле параллель түрде қосылған НЕМЕСЕ: Электромагниттердің бірі арқылы іске қосылған ток негізгі тізбек арқылы өтеді. Мұндай логикалық схеманың шығысы, өз кезегінде, (A) сияқты күрделі логикалық операцияларды жасау үшін басқа релелердің электромагниттерін басқара алады. И B) немесе (C И G).
Шеннон диссертациясын оның әдісімен жасалған схемалардың бірнеше мысалдары бар қосымшамен аяқтады. Буль алгебрасының амалдары екілік жүйедегі арифметикалық амалдарға (яғни, екілік сандарды пайдалану) өте ұқсас болғандықтан, ол релені «екілік жүйедегі электрлік қосқышқа» қалай жинауға болатындығын көрсетті - біз оны екілік қосқыш деп атаймыз. Бірнеше айдан кейін Bell Labs ғалымдарының бірі ас үйдегі үстеліне осындай сүңгуір құрастырды.
Стибитц
Манхэттендегі Bell Labs штаб-пәтеріндегі математика бөлімінің зерттеушісі Джордж Стибиц 1937 жылы қарашаның қараңғы кешінде үйге біртүрлі жабдықтар жинағын әкелді. Құрғақ батарея ұяшықтары, аппараттық панельдерге арналған екі кішкентай шам және қоқыс жәшігінен табылған бірнеше жалпақ U типті реле. Бірнеше сымдар мен кейбір қоқыстарды қосу арқылы ол екі бір таңбалы екілік сандарды (кіріс кернеуінің болуы немесе болмауы арқылы көрсетілген) қосып, екі таңбалы санды шамдарды пайдаланып шығара алатын құрылғыны құрастырды: біреуі қосулы, нөл өшіру үшін.
Екілік Стибиц қосқышы
Стибитц, білімі бойынша физик, релелік магниттердің физикалық қасиеттерін бағалауды сұрады. Оның бұрын релемен тәжірибесі болмаған, сондықтан оларды Bell телефон схемаларында пайдалануды зерттеуден бастады. Жақында Джордж кейбір тізбектер мен екілік арифметикалық амалдар арасындағы ұқсастықтарды байқады. Қызығушылық танытқан ол ас үй үстеліне өзінің бүйірлік жобасын жинады.
Бастапқыда Стибицтің релемен айналысуы Bell Labs басшылығының қызығушылығын тудырмады. Бірақ 1938 жылы зерттеу тобының жетекшісі Джордждан оның калькуляторларын күрделі сандармен арифметикалық амалдар үшін пайдалануға бола ма деп сұрады (мысалы, а + әiқайда i теріс санның квадрат түбірі). Bell Labs-тың бірнеше есептеу бөлімдері онсыз да ыңырсып жүргені белгілі болды, өйткені олар үнемі осындай сандарды көбейтіп, бөлуге мәжбүр болды. Бір күрделі санды көбейту үшін жұмыс үстеліндегі калькуляторда төрт арифметикалық амал қажет болды, бөлу үшін 16 амал қажет болды. Стибиц мәселені шеше алатынын айтты және мұндай есептеулер үшін машина схемасын құрастырды.
Телефон инженері Сэмюэль Уильямс металдан жасалған түпкілікті дизайн Кешенді сандар компьютері немесе қысқаша күрделі компьютер деп аталды және 1940 жылы іске қосылды. Есептеулер үшін 450 реле пайдаланылды, аралық нәтижелер он координаталық қосқышта сақталды. Деректер роликті телетайп арқылы енгізілді және қабылданды. Bell Labs бөлімшелері осындай үш телетайпты орнатты, бұл есептеу қуатының үлкен қажеттілігін көрсетеді. Эстафеталар, матрицалар, телетайптар - барлық жағынан бұл Bell жүйесінің өнімі болды.
Кешенді компьютердің ең жақсы сағаты 11 жылы 1940 қыркүйекте болды. Стибиц Дартмут колледжіндегі Америка математикалық қоғамының отырысында компьютер туралы есеп берді. Ол 400 шақырым жерде орналасқан Манхэттендегі Complex Computer-ге телеграф байланысы бар телетайп орнатылады деп келісті. Қызығушылық танытқандар телетайпқа кіріп, пернетақтадан мәселенің шарттарын енгізіп, телетайптың нәтижені бір минуттан аз уақыт ішінде сиқырлы түрде басып шығаратынын көре алады. Жаңа өнімді сынағандардың арасында Джон Маучли мен Джон фон Нейман болды, олардың әрқайсысы біздің тарихымызды жалғастыруда маңызды рөл атқарады.
Кездесуге қатысушылар болашақ әлемге қысқаша шолу жасады. Кейінірек компьютерлердің қымбатқаны сонша, әкімшілер оларды бос отыруға мүмкіндік бере алмады, ал пайдаланушы басқару консолінің алдында иегін тырнап, әрі қарай не теремін деп ойлады. Алдағы 20 жылда ғалымдар жалпы мақсаттағы компьютерлерді қалай жасау керектігі туралы ойлайды. Содан кейін осы интерактивті есептеу режимі күн тәртібіне айналғанша тағы 20 жыл өтеді.
1960 жылдары Дартмут интерактивті терминалының артындағы Стибитц. Дартмут колледжі интерактивті есептеулерде пионер болды. Стибиц 1964 жылы колледж профессоры болды
Бір қызығы, ол шешетін мәселелерге қарамастан, күрделі компьютер заманауи стандарттар бойынша мүлдем компьютер емес. Ол күрделі сандарға арифметикалық амалдарды орындай алады және мүмкін басқа ұқсас есептерді шеше алады, бірақ жалпы мақсаттағы есептерді емес. Ол бағдарламаланбаған. Ол операцияларды кездейсоқ ретпен немесе қайталап орындай алмады. Бұл белгілі бір есептеулерді алдыңғыларға қарағанда әлдеқайда жақсырақ орындауға қабілетті калькулятор болды.
Екінші дүниежүзілік соғыстың басталуымен Белл Стибицтің басшылығымен Модель II, Модель III және Модель IV (Күрделі компьютер, тиісінше I Модель деп аталды) деп аталатын компьютерлер сериясын жасады. Олардың көпшілігі Ұлттық қорғанысты зерттеу комитетінің тапсырысы бойынша салынды және оны Ванневар Буштан басқа ешкім басқарды. Стибиц функциялардың әмбебаптығы мен бағдарламалануы тұрғысынан машиналар дизайнын жақсартты.
Мысалы, баллистикалық калькулятор (кейінірек III үлгі) зениттік өртті басқару жүйелерінің қажеттіліктері үшін жасалған. Ол 1944 жылы Техас штатындағы Форт-Блиссте пайдалануға берілді. Құрылғыда 1400 реле болды және ілмектелген қағаз таспадағы нұсқаулар тізбегі арқылы анықталған математикалық операциялардың бағдарламасын орындай алады. Кіріс деректері бар таспа бөлек, ал кестелік деректер бөлек жеткізілді. Бұл нақты есептеулерсіз, мысалы, тригонометриялық функциялардың мәндерін жылдам табуға мүмкіндік берді. Bell инженерлері лентаны алға/артқа сканерлейтін және есептеулерге қарамастан қажетті кестелік мәннің мекенжайын іздейтін арнайы іздеу схемаларын (аң аулау схемаларын) әзірледі. Стибитц оның III үлгідегі компьютері күндіз-түні релелерді басып, 25-40 компьютерді алмастыратынын анықтады.
Қоңырау моделі III реле сөрелері
Модель V көлігінің енді әскери қызметті көруге уақыты болмады. Ол одан да жан-жақты және күшті болды. Егер біз оны ауыстырған компьютерлердің санын бағалайтын болсақ, онда ол III модельден шамамен он есе көп болды. 9 мың релесі бар бірнеше есептеу модульдері пайдаланушылар әртүрлі тапсырмалардың шарттарын енгізетін бірнеше станциядан кіріс мәліметтерін ала алды. Әрбір осындай станцияда деректерді енгізу үшін бір лента оқу құрылғысы және нұсқаулар үшін бесеуі болды. Бұл тапсырманы есептеу кезінде негізгі таспадан әртүрлі ішкі бағдарламаларды шақыруға мүмкіндік берді. Негізгі басқару модулі (негізі операциялық жүйенің аналогы) қол жетімділігіне байланысты есептеу модульдері арасында нұсқауларды таратады және бағдарламалар шартты тармақтарды орындай алады. Ол енді жай калькулятор емес еді.
Ғажайыптар жылы: 1937 ж
1937 жылды есептеу техникасы тарихындағы бетбұрыс кезеңі деп санауға болады. Сол жылы Шеннон мен Стибиц релелік тізбектер мен математикалық функциялар арасындағы ұқсастықтарды байқады. Бұл нәтижелер Bell Labs-ті маңызды сандық машиналар сериясын жасауға әкелді. Бір түрі болды - немесе тіпті ауыстыру - қарапайым телефон релесі өзінің физикалық формасын өзгертпестен, абстрактілі математика мен логиканың іске асуына айналған кезде.
Сол жылы басылымның қаңтардағы санында Лондон математикалық қоғамының еңбектері британдық математигі Алан Тьюрингтің «Оқ есептелетін сандар қатысты «(Есептелетін сандар туралы, Entscheidungsproblem қолданбасымен). Онда әмбебап есептеуіш машина сипатталған: автор оның логикалық тұрғыдан адам компьютерлерінің әрекеттеріне тең келетін әрекеттерді орындай алатынын дәлелдеген. Алдыңғы жылы Принстон университетінде аспирантураға түскен Тьюринг релелік схемаларға да қызығушылық танытты. Және Буш сияқты ол Германиямен соғыс қаупінің күшеюіне алаңдайды. Сондықтан ол әскери коммуникацияларды шифрлау үшін пайдаланылуы мүмкін екілік мультипликатордың бүйірлік криптографиялық жобасын қабылдады. Тьюринг оны университеттің станок цехында жиналған релелерден құрастырды.
Сондай-ақ 1937 жылы Говард Айкен ұсынылған автоматты есептеуіш машина туралы ойлады. Гарвардтың электротехника факультетінің аспиранты Айкен тек механикалық калькуляторды және математикалық кестелерді басып шығаратын кітаптарды пайдаланып есептеулердің әділ үлесін жасады. Ол бұл тәртіпті жоққа шығаратын дизайнды ұсынды. Қолданыстағы есептеуіш құрылғылардан айырмашылығы, ол алдыңғы есептеулердің нәтижелерін келесіге енгізу ретінде пайдалана отырып, процестерді автоматты түрде және циклді түрде өңдеуі керек еді.
Сонымен қатар, Nippon Electric компаниясында телекоммуникация инженері Акира Накашима 1935 жылдан бері релелік тізбектер мен математика арасындағы байланыстарды зерттеді. Ақырында, 1938 жылы ол бір жыл бұрын Шеннон ашқан буль алгебрасына релелік схемалардың баламалылығын өз бетінше дәлелдеді.
Берлинде жұмыста талап етілетін шексіз есептеулерден шаршаған бұрынғы авиаинженер Конрад Зузе екінші компьютерді құрастыру үшін қаражат іздеді. Ол өзінің алғашқы механикалық құрылғысы V1 сенімді жұмыс істей алмады, сондықтан ол өзінің досы, телекоммуникация инженері Гельмут Шрейермен бірлесіп жасаған релелік компьютер жасағысы келді.
Телефон релелерінің әмбебаптығы, математикалық логика туралы тұжырымдар, жарқын ақыл-ойлардың ақыл-ойды оятатын жұмыстан арылуға деген ұмтылысы - мұның бәрі бір-бірімен араласып, логикалық машинаның жаңа түрі идеясының пайда болуына әкелді.
Ұмытылған ұрпақ
1937 жылғы ашылулар мен әзірлемелердің жемісі бірнеше жыл бойы пісуге мәжбүр болды. Соғыс ең қуатты тыңайтқыш болды және оның пайда болуымен релелік компьютерлер қажетті техникалық тәжірибе бар жерде пайда бола бастады. Математикалық логика электротехника жүзімдерінің торына айналды. Бағдарламаланатын есептеуіш машиналарының жаңа түрлері пайда болды - қазіргі заманғы компьютерлердің алғашқы нобайы.
Стибитц машиналарына қосымша, 1944 жылға қарай АҚШ Айкеннің ұсынысының нәтижесі болып табылатын Гарвард Марк I/IBM Автоматты реттілікпен басқарылатын калькулятормен (ASCC) мақтана алады. Қос атау академия мен өндіріс арасындағы қарым-қатынастың нашарлауына байланысты пайда болды: барлығы құрылғыға құқықты талап етті. Mark I/ASCC релелік басқару схемаларын пайдаланды, бірақ негізгі арифметикалық бірлік IBM механикалық калькуляторларының архитектурасына негізделген. Көлік АҚШ-тың кеме жасау бюросының қажеттіліктері үшін жасалған. Оның мұрагері Марк II 1948 жылы Әскери-теңіз күштерінің сынақ алаңында жұмыс істей бастады және оның барлық операциялары толығымен релелерге негізделген - 13 XNUMX реле.
Соғыс кезінде Цузе бірнеше релелік компьютерлер құрастырды, олар күрделене түсті. Шарықтау шегі V4 болды, ол Bell Model V сияқты ішкі бағдарламаларды шақыру параметрлерін қамтыды және шартты тармақтарды орындады. Жапониядағы материал тапшылығына байланысты Накашима мен оның отандастарының бірде-бір конструкциясы ел соғыстан айыққанша металдан жасалған жоқ. 1950 жылдары жаңадан құрылған Сыртқы сауда және өнеркәсіп министрлігі екі релелік машина жасауды қаржыландырды, оның екіншісі 20 мың реле бар құбыжық болды. Жасалуға қатысқан Fujitsu өзінің коммерциялық өнімдерін әзірледі.
Бүгінде бұл машиналар мүлдем ұмытылған. Жадта тек бір атау қалды - ENIAC. Ұмытудың себебі олардың күрделілігіне, мүмкіндіктеріне немесе жылдамдығына байланысты емес. Ғалымдар мен зерттеушілер ашқан релелердің есептеу және логикалық қасиеттері коммутатор ретінде әрекет ете алатын кез келген құрылғы түріне қолданылады. Осылайша тағы бір ұқсас құрылғы пайда болды - электронды реледен жүздеген есе жылдам жұмыс істей алатын қосқыш.
Есептеу техникасы тарихындағы Екінші дүниежүзілік соғыстың маңыздылығы қазірдің өзінде айқын болуы керек. Ең сұмдық соғыс электронды машиналарды дамытуға түрткі болды. Оның іске қосылуы электронды қосқыштардың айқын кемшіліктерін жоюға қажетті ресурстарды босатып жіберді. Электр механикалық есептеуіш машиналар билігі қысқа болды. Титандар сияқты оларды да балалары құлатты. Реле сияқты электронды коммутация телекоммуникация саласының қажеттіліктерінен туындады. Ал оның қайдан шыққанын білу үшін тарихымызды радио дәуірінің таңындағы бір сәтке қайтаруымыз керек.
Ақпарат көзі: www.habr.com