잊혀진 릴레이 컴퓨터 세대

우리의 이전 기사 중계 회로를 사용하여 제어되는 자동 전화 스위치의 등장을 설명했습니다. 이번에 우리는 지금은 잊혀진 XNUMX세대 디지털 컴퓨터에서 과학자와 엔지니어가 릴레이 회로를 어떻게 개발했는지에 대해 이야기하고 싶습니다.

정점에 도달한 릴레이

기억하신다면 계전기의 작동은 간단한 원리에 기초합니다. 즉, 전자석이 금속 스위치를 작동시킵니다. 중계에 대한 아이디어는 1830년대 전신 사업에 종사하는 여러 자연주의자와 기업가에 의해 독립적으로 제안되었습니다. 그러다가 XNUMX세기 중반에 발명가와 기계공이 릴레이를 전신 네트워크의 신뢰할 수 있고 필수적인 구성 요소로 전환했습니다. 계전기의 수명이 정점에 도달한 곳이 바로 이 분야였습니다. 계전기는 소형화되었고 여러 세대의 엔지니어들은 정식으로 수학과 물리학을 교육하면서 수많은 디자인을 만들어냈습니다.

1870세기 초에는 자동 교환 시스템뿐만 아니라 거의 모든 전화 네트워크 장비에도 일종의 중계 장치가 포함되어 있었습니다. 전화 통신의 최초 사용 중 하나는 XNUMX년대 수동 교환기였습니다. 가입자가 전화 손잡이(자석 손잡이)를 돌리면 전화 교환기로 신호가 전송되어 믹서기가 켜집니다. 블랭커는 트리거될 때 금속 플랩이 전화 교환원의 스위칭 데스크에 떨어져 수신 통화를 표시하는 릴레이입니다. 그런 다음 젊은 여성 운전자가 플러그를 커넥터에 삽입하고 릴레이가 재설정 된 후 전자석에 의해이 위치에 고정 된 플랩을 다시 올릴 수있었습니다.

1924년까지 두 명의 Bell 엔지니어는 전형적인 수동 전화 교환기가 약 10명의 가입자에게 서비스를 제공했다고 썼습니다. 그녀의 장비에는 40~65개의 릴레이가 포함되어 있었는데, 그 총 자기력은 "10톤을 들어 올리기에 충분했습니다." 기계 스위치를 사용하는 대규모 전화 교환에서는 이러한 특성이 XNUMX배로 증가했습니다. 미국 전화 시스템 전반에 걸쳐 수백만 개의 중계기가 사용되었으며, 전화 교환이 자동화됨에 따라 그 수는 지속적으로 증가했습니다. 관련된 전화 교환 장치의 수와 장비에 따라 하나의 전화 연결은 몇 개에서 수백 개의 중계 장치로 제공될 수 있습니다.

Bell Corporation의 제조 자회사인 Western Electric의 공장에서는 다양한 종류의 릴레이를 생산했습니다. 엔지니어들은 가장 정교한 개 사육자나 비둘기 사육자들이 이러한 다양성을 부러워할 만큼 많은 변형을 만들어냈습니다. 계전기의 작동 속도와 감도가 최적화되었으며 크기가 축소되었습니다. 1921년에 Western Electric은 5가지 기본 유형으로 구성된 거의 3만 개의 릴레이를 생산했습니다. 가장 인기 있는 것은 수십 그램에 달하는 평평하고 거의 직사각형에 가까운 장치인 Type E 범용 계전기였습니다. 대부분의 경우 스탬프가 찍힌 금속 부품으로 만들어졌습니다. 즉, 생산 과정에서 기술적으로 발전했습니다. 하우징은 주변 장치의 먼지와 유도 전류로부터 접점을 보호했습니다. 일반적으로 릴레이는 수백, 수천 개의 릴레이가 있는 랙에 서로 가깝게 장착되었습니다. 총 XNUMX개의 Type E 변형이 개발되었으며 각 변형은 권선 및 접점 구성이 다릅니다.

곧 이러한 릴레이는 가장 복잡한 스위치에 사용되기 시작했습니다.

좌표 정류자

1910년, 스웨덴 전화 시장의 대부분(수십 년 동안 거의 전부)을 통제했던 국영 기업인 Royal Telegrafverket의 엔지니어인 Gotthilf Betulander는 한 가지 아이디어를 떠올렸습니다. 그는 전적으로 릴레이를 기반으로 하는 자동 전환 시스템을 구축함으로써 Telegrafverket의 운영 효율성을 크게 향상시킬 수 있다고 믿었습니다. 보다 정확하게는 릴레이 매트릭스에서 전화선에 연결된 강철 막대 그리드와 막대 교차점에 릴레이가 있습니다. 이러한 스위치는 슬라이딩 또는 회전 접점 기반 시스템보다 더 빠르고 안정적이며 유지 관리가 더 쉬워야 합니다.

또한 Betulander는 시스템의 선택 부분과 연결 부분을 독립적인 릴레이 회로로 분리할 수 있다는 아이디어를 내놓았습니다. 그리고 시스템의 나머지 부분은 음성 채널을 설정하는 데만 사용되어야 하며 그런 다음 다른 통화를 처리하는 데 사용되어야 합니다. 즉, Betulander는 나중에 "공통 제어"라고 불리는 아이디어를 내놓았습니다.

그는 수신 전화 번호를 저장하는 회로를 "기록기"(다른 용어는 레지스터)라고 불렀습니다. 그리고 그리드에서 사용 가능한 연결을 찾아서 "표시"하는 회로를 "마커"라고 합니다. 저자는 자신의 시스템에 대해 특허를 받았습니다. 스톡홀름과 런던에는 그러한 방송국이 여러 개 나타났습니다. 그리고 1918년에 Betulander는 미국의 혁신, 즉 XNUMX년 전 Bell 엔지니어 John Reynolds가 만든 좌표 스위치에 대해 알게 되었습니다. 이 스위치는 Betulander의 디자인과 매우 유사했지만 n+m 서비스 릴레이 n+m 전화 교환을 추가로 확장하는 데 훨씬 더 편리한 매트릭스 노드입니다. 연결할 때 고정 막대는 피아노 현 "손가락"을 고정하고 선택 막대는 매트릭스를 따라 이동하여 다른 통화에 연결했습니다. 이듬해 Betulander는 이 아이디어를 자신의 스위치 설계에 통합했습니다.

그러나 대부분의 엔지니어들은 Betulander의 창조물이 이상하고 불필요하게 복잡하다고 생각했습니다. 스웨덴 최대 도시의 네트워크를 자동화하기 위한 스위칭 시스템을 선택할 때가 되었을 때 Telegrafverket은 Ericsson이 개발한 설계를 선택했습니다. Betulander 스위치는 시골 지역의 소규모 전화 교환기에서만 사용되었습니다. 릴레이는 Ericsson 스위치의 전동 자동화보다 더 안정적이었고 각 교환기에 유지 관리 기술자가 필요하지 않았습니다.

그러나 미국 전화 엔지니어들은 이 문제에 대해 다른 의견을 가지고 있었습니다. 1930년에 벨 연구소의 전문가들이 스웨덴에 와서 "좌표 스위치 모듈의 매개변수에 매우 깊은 인상을 받았습니다." 미국인들이 돌아오자 그들은 즉시 대도시의 패널 스위치를 교체하는 1위 좌표계로 알려진 작업을 시작했습니다. 1938년까지 이러한 시스템 두 개가 뉴욕에 설치되었습니다. 이 장치는 곧 도시 전화 교환을 위한 표준 장비가 되었고, 30여년 후 전자 스위치가 이를 대체하게 되었습니다.

X-Switch No. 1의 가장 흥미로운 구성 요소는 Bell에서 개발된 새롭고 더욱 복잡한 마커였습니다. 서로 연결된 여러 개의 좌표 모듈을 통해 발신자에서 수신자까지의 무료 경로를 검색하여 전화 연결을 생성하려는 의도였습니다. 또한 마커는 각 연결의 약속 있음/없음 상태를 테스트해야 했습니다. 이를 위해서는 조건부 논리를 적용해야 했습니다. 역사가 Robert Chapuis는 다음과 같이 썼습니다.

출력으로 다음 레벨에 대한 무료 연결이 있는 그리드에 대한 액세스를 제공하는 경우에만 무료 연결이 유지되므로 선택은 조건부입니다. 여러 연결 세트가 원하는 조건을 만족하면 "우선 논리"는 가장 적은 연결 중 하나를 선택합니다.

좌표 전환은 기술 아이디어의 교차 수정을 보여주는 좋은 예입니다. Betulander는 전체 릴레이 스위치를 만든 후 Reynolds 스위칭 매트릭스로 이를 개선하고 결과 설계의 성능을 입증했습니다. AT&T 엔지니어들은 나중에 이 하이브리드 스위치를 재설계하고 개선하여 좌표계 No. 1을 만들었습니다. 이 시스템은 이후 두 대의 초기 컴퓨터의 구성 요소가 되었으며, 그 중 하나는 현재 컴퓨팅 역사의 이정표로 알려져 있습니다.

수학적 노동

릴레이와 전자 사촌이 컴퓨팅에 혁명을 일으키는 데 어떻게, 왜 도움이 되었는지 이해하려면 미적분학의 세계에 대한 간략한 소개가 필요합니다. 그 후에는 컴퓨팅 프로세스 최적화에 대한 숨겨진 요구가 있었던 이유가 분명해질 것입니다.

XNUMX세기 초까지 현대 과학 및 공학의 전체 시스템은 수학적 계산을 수행하는 수천 명의 사람들의 작업을 기반으로 했습니다. 그들은 부름을 받았습니다 컴퓨터 (컴퓨터) [혼동을 피하기 위해 본문 전반에 걸쳐 해당 용어를 사용합니다. 계산기. - 메모. 레인]. 1820년대에 찰스 배비지가 창조한 차이 기계 (그의 장치에는 이념적 전임자가 있었지만). 주요 임무는 탐색(0도, 0,01도, 0,02도 등의 다항식 근사에 의한 삼각 함수 계산)과 같은 수학 테이블 구성을 자동화하는 것이었습니다. 천문학에서는 수학적 계산에 대한 요구도 컸습니다. 천구의 고정된 영역에서 망원경으로 관측한 원시 결과를 처리하거나(관측 시간 및 날짜에 따라 다름) 새로운 물체의 궤도를 결정해야 했습니다(예: 핼리혜성).

Babbage 시대 이후로 컴퓨팅 기계의 필요성은 여러 번 증가했습니다. 전력 회사는 매우 복잡한 동적 특성을 지닌 백본 전력 전송 시스템의 동작을 이해해야 했습니다. 수평선 너머로 포탄을 던질 수 있는 베서머 강철 총(따라서 표적을 직접 관찰한 덕분에 더 이상 조준되지 않음)에는 점점 더 정확한 탄도 테이블이 필요했습니다. 대량의 수학적 계산(예: 최소 제곱법)을 포함하는 새로운 통계 도구는 과학과 성장하는 정부 기관 모두에서 점점 더 많이 사용되었습니다. 컴퓨팅 부서는 일반적으로 여성을 채용하는 대학, 정부 기관 및 산업 기업에 등장했습니다.

기계식 계산기는 계산 문제를 더 쉽게 만들 뿐이지 해결하지는 못했습니다. 계산기는 산술 연산 속도를 높였지만 복잡한 과학 또는 공학 문제에는 수백 또는 수천 번의 연산이 필요했으며, 각 연산은 (인간) 계산기가 수동으로 수행하고 모든 중간 결과를 주의 깊게 기록해야 했습니다.

몇 가지 요인이 수학적 계산 문제에 대한 새로운 접근 방식의 출현에 기여했습니다. 밤마다 힘들게 자신의 일을 계산하던 젊은 과학자와 엔지니어들에게 그들의 손과 눈을 쉬게 하고 싶었다. 프로젝트 관리자는 특히 XNUMX차 세계 대전 이후 수많은 컴퓨터의 급여를 위해 점점 더 많은 돈을 쏟아부어야 했습니다. 마지막으로, 많은 고급 과학 및 공학 문제는 손으로 계산하기가 어려웠습니다. 이러한 모든 요인으로 인해 일련의 컴퓨터가 탄생하게 되었고, 이 작업은 MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 전기 기술자인 Vannevar Bush의 지도력 하에 수행되었습니다.

차동 분석기

이 시점까지 역사는 종종 비인격적이었지만 이제는 특정 인물에 대해 더 많이 이야기하기 시작합니다. 패널 스위치, Type E 릴레이 및 기준 마커 회로의 제작자는 명성을 얻었습니다. 그들에 대한 전기적 일화조차 살아남지 못했습니다. 그들의 삶에 대해 공개적으로 이용 가능한 유일한 증거는 그들이 만든 기계의 화석 잔해입니다.

이제 우리는 사람들과 그들의 과거에 대해 더 깊은 이해를 얻을 수 있습니다. 그러나 우리는 다락방과 집의 작업장에서 열심히 일한 Morse와 Vail, Bell과 Watson을 더 이상 만나지 않을 것입니다. 제XNUMX차 세계대전이 끝날 무렵, 영웅적인 발명가의 시대는 거의 끝났습니다. 토마스 에디슨은 과도기적 인물로 간주될 수 있습니다. 경력 초기에 그는 고용된 발명가였으며, 경력이 끝날 무렵에는 "발명품 공장"의 소유자가 되었습니다. 그때쯤에는 가장 주목할만한 신기술의 개발이 대학, 기업 연구 부서, 정부 연구소 등 조직의 영역이 되었습니다. 이 섹션에서 이야기할 사람들은 그러한 조직에 속해 있었습니다.

예를 들어, Vannevar Bush. 그는 1919세였던 29년에 MIT에 도착했습니다. 20여년이 조금 지난 후, 그는 미국의 제1920차 세계 대전 참전에 영향을 미치고 정부 자금을 늘리는 데 도움을 준 사람 중 한 사람이 되었으며, 이는 정부, 학계, 과학 기술 발전 간의 관계를 영원히 변화시켰습니다. 그러나 이 기사의 목적에 따라 우리는 XNUMX년대 중반부터 Bush 실험실에서 개발되었으며 수학적 계산 문제를 해결하기 위해 고안된 일련의 기계에 관심이 있습니다.

최근 보스턴 중심부에서 케임브리지의 찰스강 해안가로 이전한 MIT는 산업계의 요구에 긴밀하게 부응했습니다. 부시 자신은 교수직 외에도 전자 분야의 여러 기업에 재정적 이해관계를 갖고 있었습니다. 따라서 Busch와 그의 학생들이 새로운 컴퓨팅 장치에 대한 작업을 하게 된 문제가 에너지 산업에서 유래했다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 즉, 최대 부하 조건에서 송전선의 동작을 시뮬레이션하는 것입니다. 분명히 이것은 컴퓨터의 가능한 많은 응용 프로그램 중 하나에 불과했습니다. 지루한 수학적 계산이 모든 곳에서 수행되었습니다.

Busch와 그의 동료들은 처음에 제품 통합 그래프라고 불리는 두 대의 기계를 만들었습니다. 하지만 가장 유명하고 성공적인 MIT 머신은 또 다른 머신이었습니다. 차동 분석기, 1931년 완성. 그는 전기 전송 문제를 해결하고 전자 궤도, 지구 자기장의 우주 방사선 궤적 등을 계산했습니다. 컴퓨팅 성능이 필요한 전 세계 연구자들은 1930년대에 수십 개의 미분 분석기 사본과 변형을 만들었습니다. 일부는 심지어 Meccano(브랜드의 미국 아동용 구성 세트의 영어 유사어)에서 나온 것입니다. 건설자 세트).

차동 분석기는 아날로그 컴퓨터입니다. 수학적 함수는 회전하는 금속 막대를 사용하여 계산되었으며, 각 막대의 회전 속도는 일부 정량적 값을 반영했습니다. 모터는 독립적인 막대(보통 시간을 나타냄)를 구동하고, 이 막대는 기계적 연결을 통해 다른 막대(다른 차동 변수)를 회전시키고 입력 회전 속도를 기준으로 함수를 계산했습니다. 계산 결과는 곡선 형태로 종이에 그려졌습니다. 가장 중요한 구성 요소는 디스크처럼 회전하는 바퀴인 통합 장치였습니다. 적분기는 지루한 수동 계산 없이 곡선의 적분을 계산할 수 있습니다.

차동 분석기. 일체형 모듈 - 뚜껑이 올라와 있고 창 측면에는 계산 결과가 표시된 테이블이 있고 중앙에는 컴퓨팅 막대 세트가 있습니다.

분석기 구성 요소에는 개별 스위칭 릴레이나 디지털 스위치가 포함되어 있지 않습니다. 그렇다면 왜 이 장치에 대해 이야기하고 있습니까? 정답은 네번째 가족용 자동차.

1930년대 초, 부시는 분석기의 추가 개발을 위한 자금을 확보하기 위해 록펠러 재단에 구애하기 시작했습니다. 재단의 자연과학 책임자인 워렌 위버(Warren Weaver)는 처음에는 확신하지 못했습니다. 공학은 그의 전문분야가 아니었습니다. 그러나 Busch는 과학 응용 분야, 특히 Weaver의 애완 프로젝트인 수리 생물학 분야에서 새로운 기계의 무한한 잠재력을 선전했습니다. Bush는 또한 "전화 교환대와 같이 분석기를 한 문제에서 다른 문제로 신속하게 전환하는 기능"을 포함하여 분석기에 대한 수많은 개선을 약속했습니다. 1936년에 그의 노력은 나중에 록펠러 차동 분석기(Rockefeller Differential Analyser)라고 불리는 새로운 장치를 만드는 데 85달러의 보조금을 지급하는 보상을 받았습니다.

실용적인 컴퓨터로서 이 분석기는 대단한 혁신은 아니었습니다. MIT의 부총장이자 공과대학 학장이 된 부시는 개발을 지휘하는 데 많은 시간을 할애할 수 없었다. 실제로 그는 곧 사임하여 워싱턴에 있는 카네기 연구소의 회장직을 맡았습니다. 부시는 전쟁이 다가오고 있음을 감지했고 군대의 필요를 충족할 수 있는 몇 가지 과학적, 산업적 아이디어를 갖고 있었습니다. 즉, 그는 특정 문제의 해결에 더 효과적으로 영향을 미칠 수 있는 권력의 중심에 더 가까워지기를 원했습니다.

동시에 새로운 설계에 따른 기술적 문제는 실험실 직원에 의해 해결되었고 곧 군사 문제를 해결하기 위해 전환되기 시작했습니다. 록펠러 기계는 1942년에야 완성되었습니다. 군대에서는 포병용 탄도 테이블의 인라인 생산에 이 제품이 유용하다는 사실을 발견했습니다. 하지만 곧 이 장치는 순전히 가려졌습니다. 디지털 컴퓨터—물리량이 아닌 스위치 위치를 사용하여 추상적으로 숫자를 나타냅니다. Rockefeller 분석기 자체는 릴레이 회로로 구성된 유사한 스위치를 많이 사용했습니다.

섀넌

1936년 클로드 섀넌(Claude Shannon)은 고작 20세였지만 이미 미시간 대학교에서 전기 공학 및 수학 학사 학위를 취득했습니다. 그는 게시판에 고정된 전단지에 이끌려 MIT로 왔습니다. Vannevar Bush는 차동 분석기 작업을 수행할 새로운 조수를 찾고 있었습니다. Shannon은 주저 없이 신청서를 제출했고 새 장치가 구체화되기 전에 곧 새로운 문제를 해결하기 위해 노력했습니다.

섀넌은 부시와 전혀 달랐습니다. 그는 사업가도, 학문적 제국 건설자도, 행정가도 아니었습니다. 평생 동안 그는 체스, 저글링, 미로, 암호 등 게임, 퍼즐 및 오락을 좋아했습니다. 그 시대의 많은 사람들과 마찬가지로, 전쟁 중에 Shannon은 진지한 사업에 전념했습니다. 그는 정부 계약에 따라 Bell Labs에서 직책을 맡았으며, 이는 군대 징집으로부터 그의 연약한 몸을 보호했습니다. 이 기간 동안의 화재 통제 및 암호학에 대한 그의 연구는 결국 정보 이론(우리는 다루지 않겠습니다)에 대한 중요한 연구로 이어졌습니다. 1950년대에 전쟁과 그 여파가 가라앉자 Shannon은 MIT에서 다시 가르치면서 여가 시간을 오락에 보냈습니다. 기계를 켜면 기계 팔이 나타나 기계가 꺼졌습니다.

섀넌이 접한 록펠러 기계의 구조는 논리적으로는 1931년 분석기와 동일했지만, 완전히 다른 물리적 구성요소로 제작됐다. Busch는 오래된 기계의 막대와 기계 기어가 사용 효율성을 감소시킨다는 사실을 깨달았습니다. 계산을 수행하려면 기계를 설정해야 했고, 이를 위해서는 숙련된 기계공의 많은 노동 시간이 필요했습니다.

새로운 분석기는 이러한 단점을 사라졌습니다. 그 디자인은 막대가 있는 테이블이 아니라 벨 연구소에서 기증한 잉여 ​​프로토타입인 크로스 디스크 정류자를 기반으로 했습니다. 중앙 샤프트에서 동력을 전달하는 대신 각 통합 모듈은 전기 모터에 의해 독립적으로 구동되었습니다. 새로운 문제를 해결하기 위해 기계를 구성하려면 좌표 매트릭스에서 릴레이를 구성하여 원하는 순서로 적분기를 연결하는 것만으로도 충분했습니다. 천공 테이프 판독기(다른 통신 장치인 롤 텔레타이프에서 빌려옴)는 기계의 구성을 읽고 릴레이 회로는 테이프의 신호를 매트릭스에 대한 제어 신호로 변환했습니다. 이는 통합자 간에 일련의 전화 통화를 설정하는 것과 같았습니다.

새로운 기계는 이전 기계보다 훨씬 빠르고 설치하기 쉬웠을 뿐만 아니라 더 빠르고 정확했습니다. 그녀는 더 복잡한 문제를 해결할 수 있었습니다. 오늘날 이 컴퓨터는 원시적이고 심지어 사치스러운 것으로 간주될 수 있지만 당시 관찰자들에게는 이 컴퓨터가 작동하는 어떤 훌륭하거나 아마도 끔찍한 지능처럼 보였습니다.

기본적으로는 수학 로봇입니다. 인간의 두뇌에서 무거운 계산과 분석의 부담을 덜어줄 뿐만 아니라, 정신으로는 풀 수 없는 수학적 문제를 공격하고 해결하기 위해 설계된 전동식 자동기계입니다.

Shannon은 종이 테이프의 데이터를 "뇌"에 대한 지침으로 변환하는 데 집중했으며 중계 회로가 이 작업을 담당했습니다. 그는 회로의 구조와 그가 미시간 대학원에서 공부한 부울 대수학의 수학적 구조 사이의 일치성을 발견했습니다. 이것은 피연산자가 다음과 같은 대수입니다. 진실과 거짓, 및 연산자별 - 그리고, 또는, 아님 등. 논리문에 해당하는 대수학.

1937년 여름을 맨해튼의 벨 연구소(릴레이 회로에 대해 생각하기에 이상적인 장소)에서 보낸 후 Shannon은 "릴레이 및 스위칭 회로의 상징적 분석"이라는 제목의 석사 논문을 썼습니다. 전년도 Alan Turing의 연구와 함께 Shannon의 논문은 컴퓨팅 과학의 기초를 형성했습니다.

1940년대와 1950년대에 Shannon은 여러 가지 컴퓨팅/논리 기계를 만들었습니다. THROBAC 로마 미적분학 계산기, 체스 최종 게임 기계, 전기 기계식 마우스가 움직이는 미로인 테세우스(사진)

Shannon은 명제 논리 방정식 시스템이 기계적으로 릴레이 스위치의 물리적 회로로 직접 변환될 수 있음을 발견했습니다. 그는 다음과 같이 결론지었습니다. "단어를 사용하여 유한한 수의 단계로 설명할 수 있는 거의 모든 작업 IF, AND, OR 등의 작업을 릴레이를 사용하여 자동으로 수행할 수 있습니다.” 예를 들어, 직렬로 연결된 두 개의 제어 스위치 릴레이는 논리적 스위치를 형성합니다. И: 두 전자석이 모두 활성화되어 스위치를 닫을 때만 전류가 주선을 통해 흐릅니다. 동시에 병렬 형태로 연결된 두 개의 릴레이 또는: 전류는 전자석 중 하나에 의해 활성화되는 주 회로를 통해 흐릅니다. 이러한 논리 회로의 출력은 다른 릴레이의 전자석을 제어하여 다음과 같은 보다 복잡한 논리 연산을 생성할 수 있습니다. И 나) 또는 (C И G).

Shannon은 자신의 방법을 사용하여 생성된 회로의 여러 예가 포함된 부록으로 논문을 마무리했습니다. 부울 대수의 연산은 이진수 산술 연산(즉, 이진수 사용)과 매우 유사하기 때문에 그는 릴레이가 "이진수 전기 가산기"로 조립될 수 있는 방법을 보여주었습니다. 우리는 이를 이진 가산기라고 부릅니다. 몇 달 후 벨 연구소의 과학자 중 한 명이 자신의 식탁 위에 그러한 가산기를 만들었습니다.

스티비츠

맨해튼에 있는 벨 연구소 본사의 수학과 연구원인 조지 스티비츠(George Stibitz)는 1937년 XNUMX월의 어느 어두운 저녁에 이상한 장비 세트를 집으로 가져왔습니다. 건식 배터리 셀, 하드웨어 패널용 소형 조명 XNUMX개, 쓰레기통에 있는 평면형 U형 릴레이 XNUMX개. 몇 개의 전선과 일부 쓰레기를 추가함으로써 그는 두 개의 한 자리 이진수(입력 전압의 유무로 표시됨)를 추가하고 전구를 사용하여 두 자리 숫자(켜짐은 XNUMX, XNUMX은 XNUMX)를 출력할 수 있는 장치를 조립했습니다. 떨어져서.

바이너리 Stiebitz 가산기

훈련을 받은 물리학자인 Stiebitz는 릴레이 자석의 물리적 특성을 평가해 달라는 요청을 받았습니다. 그는 이전에 릴레이에 대한 경험이 전혀 없었기 때문에 Bell 전화 회로에서의 사용을 연구하기 시작했습니다. George는 곧 일부 회로와 이진 산술 연산 사이의 유사점을 발견했습니다. 흥미를 느낀 그는 자신의 사이드 프로젝트를 식탁 위에 모았습니다.

처음에 Stiebitz가 릴레이에 손을 대는 것은 Bell Labs 경영진 사이에서 거의 관심을 불러일으키지 못했습니다. 그러나 1938년에 연구 그룹의 책임자는 조지에게 계산기를 복소수 산술 연산에 사용할 수 있는지 물었습니다. a+bi어디에서 i 음수의 제곱근입니다). 알고 보니 벨 연구소의 몇몇 컴퓨팅 부서는 이러한 숫자를 끊임없이 곱하고 나누어야 했기 때문에 이미 신음하고 있었습니다. 하나의 복소수를 곱하려면 데스크탑 계산기에서 16번의 산술 연산이 필요했고, 나눗셈에는 XNUMX번의 연산이 필요했습니다. Stibitz는 자신이 문제를 해결할 수 있다고 말하며 그러한 계산을 위한 기계 회로를 설계했습니다.

전화 엔지니어 사무엘 윌리엄스(Samuel Williams)가 금속으로 구현한 최종 설계는 복소수 컴퓨터(Complex Number Computer, 줄여서 복소수 컴퓨터)라고 불리며 1940년에 출시되었습니다. 계산에는 450개의 릴레이가 사용되었으며 중간 결과는 XNUMX개의 좌표 스위치에 저장되었습니다. 롤 텔레타이프를 사용하여 데이터를 입력하고 수신했습니다. Bell Labs 부서에서는 이러한 텔레타이프 XNUMX개를 설치했는데, 이는 컴퓨팅 성능이 많이 필요함을 나타냅니다. 릴레이, 매트릭스, 텔레타이프 등 모든 면에서 벨 시스템의 제품이었습니다.

Complex Computer의 전성기는 11년 1940월 400일이었습니다. Stiebitz는 Dartmouth College에서 열린 American Mathematical Society 회의에서 컴퓨터에 대한 보고서를 발표했습니다. 그는 XNUMXkm 떨어진 맨해튼에 있는 Complex Computer에 전신 연결을 통해 텔레타이프를 설치하는 데 동의했습니다. 관심 있는 사람들은 텔레타이프를 사용하여 키보드로 문제의 조건을 입력하고 텔레타이프가 마법처럼 결과를 인쇄하는 데 XNUMX분도 채 걸리지 않는지 확인할 수 있습니다. 신제품을 테스트한 사람 중에는 John Mauchly와 John von Neumann이 있었는데, 이들은 우리의 이야기를 이어가는 데 중요한 역할을 했습니다.

회의 참가자들은 미래 세계를 잠깐 엿보았습니다. 나중에 컴퓨터 가격이 너무 비싸져서 사용자가 다음에 무엇을 입력해야 할지 고민하며 관리 콘솔 앞에서 턱을 긁는 동안 관리자는 더 이상 컴퓨터를 방치할 여유가 없었습니다. 앞으로 20년 동안 과학자들은 다른 작업을 수행하는 동안에도 사용자가 데이터를 입력하기를 항상 기다리는 범용 컴퓨터를 만드는 방법에 대해 고민할 것입니다. 그리고 이 대화형 컴퓨팅 모드가 일상적인 방식이 될 때까지 20년이 더 지나게 됩니다.

1960년대 Dartmouth Interactive Terminal 뒤에 있는 Stiebitz. 다트머스 대학은 대화형 컴퓨팅의 선구자였습니다. 스티비츠는 1964년에 대학 교수가 되었습니다.

복잡한 문제를 해결함에도 불구하고 현대 표준에 따르면 Complex Computer가 전혀 컴퓨터가 아니라는 것은 놀라운 일입니다. 복소수에 대한 산술 연산을 수행하고 다른 유사한 문제를 해결할 수 있지만 범용 문제는 해결할 수 없습니다. 프로그래밍이 불가능했습니다. 그는 무작위 순서로 또는 반복적으로 작업을 수행할 수 없었습니다. 이전 제품보다 특정 계산을 훨씬 더 잘 수행할 수 있는 계산기였습니다.

제XNUMX차 세계대전이 발발하자 Bell은 Stiebitz의 지휘 하에 Model II, Model III, Model IV라는 일련의 컴퓨터를 만들었습니다(따라서 Complex Computer는 Model I로 명명되었습니다). 대부분 국방연구위원회의 요청으로 건립됐으며, 바네바 부시(Vannevar Bush)가 이끈 인물이다. Stibitz는 기능의 다양성과 프로그래밍 가능성 측면에서 기계 설계를 개선했습니다.

예를 들어, 탄도 계산기(이후 Model III)는 대공 사격 통제 시스템의 요구에 맞게 개발되었습니다. 1944년 텍사스 주 포트 블리스에서 가동되기 시작했습니다. 이 장치에는 1400개의 릴레이가 포함되어 있으며 고리 모양의 종이 테이프에 있는 일련의 명령에 따라 결정되는 수학적 연산 프로그램을 실행할 수 있습니다. 입력 데이터가 담긴 테이프가 별도로 제공되었고, 표 형식의 데이터도 별도로 제공되었습니다. 이를 통해 실제 계산 없이 삼각함수 등의 값을 빠르게 찾을 수 있게 되었습니다. 벨 엔지니어들은 계산과 상관없이 테이프를 앞뒤로 스캔하여 원하는 테이블 값의 주소를 검색하는 특수 검색 회로(헌팅 회로)를 개발했습니다. Stibitz는 밤낮으로 릴레이를 클릭하는 자신의 Model III 컴퓨터가 25~40대의 컴퓨터를 대체한다는 사실을 발견했습니다.

Bell Model III 릴레이 랙

Model V 자동차는 더 이상 군 복무를 볼 시간이 없었습니다. 더욱 다양해지고 강력해졌습니다. 교체된 컴퓨터 수를 평가하면 Model III보다 약 9배 더 많은 것입니다. XNUMX개의 릴레이가 있는 여러 컴퓨팅 모듈은 사용자가 다양한 작업 조건을 입력하는 여러 스테이션에서 입력 데이터를 받을 수 있습니다. 각 스테이션에는 데이터 입력용 테이프 리더기 XNUMX개와 지침용 테이프 리더기 XNUMX개가 있었습니다. 이를 통해 작업을 계산할 때 메인 테이프에서 다양한 서브루틴을 호출하는 것이 가능해졌습니다. 기본 제어 모듈(본질적으로 운영 체제와 유사)은 가용성에 따라 컴퓨팅 모듈 간에 명령을 배포하고 프로그램은 조건부 분기를 수행할 수 있습니다. 더 이상 단순한 계산기가 아니었습니다.

기적의 해: 1937년

1937년은 컴퓨터 역사의 전환점이라고 할 수 있다. 그해 Shannon과 Stibitz는 릴레이 회로와 수학 함수 간의 유사점을 발견했습니다. 이러한 발견으로 인해 Bell Labs는 일련의 중요한 디지털 기계를 만들었습니다. 그것은 일종의 외래 - 또는 심지어 대체 - 물리적 형태를 변경하지 않고 겸손한 전화 중계가 추상적인 수학과 논리의 구체화가 되었을 때.

같은 해 XNUMX월호에 게재 London Mathematical Society의 회보 영국의 수학자 앨런 튜링(Alan Turing)이 쓴 “계산 가능한 숫자에 관하여”라는 논문을 발표했습니다. 해결의 문제"(계산 가능한 숫자에 대해, Entscheidungsproblem에 적용). 이는 범용 컴퓨팅 기계를 설명합니다. 저자는 그것이 인간 컴퓨터의 작업과 논리적으로 동일한 작업을 수행할 수 있다고 주장했습니다. 지난해 프린스턴대 대학원에 입학한 튜링도 릴레이 회로에 흥미를 느꼈다. 그리고 부시처럼 그도 독일과의 전쟁 위협이 커지는 것을 우려하고 있다. 그래서 그는 군사 통신을 암호화하는 데 사용할 수 있는 이진 곱셈기인 측면 암호화 프로젝트에 착수했습니다. Turing은 대학 기계 공장에서 조립한 릴레이로 이를 제작했습니다.

또한 1937년에 Howard Aiken은 제안된 자동 컴퓨팅 기계에 대해 생각하고 있었습니다. 하버드 전기 공학 대학원생인 Aiken은 기계식 계산기와 인쇄된 수학 표만을 사용하여 상당한 양의 계산을 수행했습니다. 그는 이러한 루틴을 제거할 디자인을 제안했습니다. 기존 컴퓨팅 장치와 달리 이전 계산 결과를 다음 계산의 입력으로 사용하여 프로세스를 자동 및 주기적으로 처리해야 했습니다.

한편 Nippon Electric Company의 통신 엔지니어인 Akira Nakashima는 1935년부터 릴레이 회로와 수학 간의 연관성을 탐구해 왔습니다. 마침내 1938년에 그는 Shannon이 XNUMX년 전에 발견한 부울 대수와 릴레이 회로의 동등성을 독립적으로 증명했습니다.

베를린에서 직장에서 요구되는 끝없는 계산에 지친 전직 항공기 엔지니어인 Konrad Zuse는 두 번째 컴퓨터를 구축할 자금을 찾고 있었습니다. 그는 자신의 첫 번째 기계 장치인 V1이 안정적으로 작동하도록 할 수 없었기 때문에 중계 컴퓨터를 만들고 싶었고, 이를 친구이자 통신 엔지니어인 헬무트 슈라이어(Helmut Schreyer)와 공동 개발했습니다.

전화 중계의 다양성, 수학적 논리에 대한 결론, 정신이 마비되는 작업을 제거하려는 밝은 마음의 욕구-이 모든 것이 서로 얽혀 새로운 유형의 논리 기계에 대한 아이디어의 출현으로 이어졌습니다.

잊혀진 세대

1937년의 발견과 발전의 결실은 수년에 걸쳐 숙성되어야 했습니다. 전쟁은 가장 강력한 비료임이 입증되었고 전쟁의 출현과 함께 필요한 기술 전문 지식이 있는 곳이면 어디든 중계 컴퓨터가 나타나기 시작했습니다. 수학적 논리는 전기 공학의 덩굴을 위한 격자가 되었습니다. 새로운 형태의 프로그래밍 가능한 컴퓨팅 기계가 등장했는데, 이는 현대 컴퓨터의 첫 번째 스케치였습니다.

Stiebitz의 기계 외에도 1944년까지 미국은 Aiken의 제안의 결과인 Harvard Mark I/IBM 자동 시퀀스 제어 계산기(ASCC)를 자랑하게 되었습니다. 학계와 산업계 간의 관계 악화로 인해 이중 이름이 생겼습니다. 모두가 장치에 대한 소유권을 주장했습니다. Mark I/ASCC는 릴레이 제어 회로를 사용했지만 주요 연산 장치는 IBM 기계식 계산기의 아키텍처를 기반으로 했습니다. 이 차량은 미국 조선국의 요구에 따라 제작되었습니다. 그 후계자인 Mark II는 1948년 해군 테스트 현장에서 작동을 시작했으며 모든 작동은 전적으로 릴레이(13개)를 기반으로 했습니다.

전쟁 중에 Zuse는 점점 더 복잡해지는 여러 대의 릴레이 컴퓨터를 만들었습니다. 그 정점에는 Bell Model V와 마찬가지로 서브루틴을 호출하고 조건 분기를 수행하는 설정이 포함된 V4가 있었습니다. 일본의 재료 부족으로 인해 나카시마와 그의 동포들의 디자인은 전쟁에서 국가가 회복될 때까지 금속으로 구현되지 않았습니다. 1950년대에 신설된 대외통상부는 릴레이 기계 20대를 만드는 데 자금을 지원했는데, 그 중 두 번째 기계는 릴레이가 XNUMX만 개나 되는 괴물이었다. 창작에 참여한 후지쯔는 자체 상용 제품을 개발했다.

오늘날 이러한 기계는 거의 완전히 잊혀졌습니다. 기억에는 ENIAC라는 이름 하나만 남습니다. 망각의 이유는 복잡성이나 능력, 속도와 관련이 없습니다. 과학자와 연구자들이 발견한 릴레이의 계산적, 논리적 속성은 스위치 역할을 할 수 있는 모든 종류의 장치에 적용됩니다. 그래서 또 다른 유사한 장치를 사용할 수 있게 되었습니다. 전자 릴레이보다 수백 배 빠르게 작동할 수 있는 스위치입니다.

컴퓨팅 역사에서 제XNUMX차 세계대전의 중요성은 이미 명백해졌습니다. 가장 끔찍한 전쟁은 전자 기계 개발의 원동력이되었습니다. 이 제품의 출시로 전자 스위치의 명백한 단점을 극복하는 데 필요한 리소스가 확보되었습니다. 전자기계 컴퓨터의 통치는 짧았습니다. 타이탄처럼 그들도 그들의 자식들에 의해 타도되었습니다. 릴레이와 마찬가지로 전자 스위칭도 통신 산업의 요구에 따라 탄생했습니다. 그리고 그것이 어디서 왔는지 알아내려면 우리의 역사를 라디오 시대의 여명기의 순간으로 되돌려야 합니다.

출처 : habr.com