Mūsų aprašė automatinių telefono jungiklių atsiradimą, kurie buvo valdomi naudojant relių grandines. Šį kartą norime pakalbėti apie tai, kaip mokslininkai ir inžinieriai sukūrė relių grandines pirmosios – dabar jau pamirštos – skaitmeninių kompiuterių kartos metu.
Relė savo zenite
Jei prisimenate, relės veikimas grindžiamas paprastu principu: elektromagnetas valdo metalinį jungiklį. Estafetės idėją 1830-aisiais savarankiškai pasiūlė keli gamtininkai ir telegrafo verslo verslininkai. Tada, XIX amžiaus viduryje, išradėjai ir mechanikai reles pavertė patikima ir nepakeičiama telegrafo tinklų dalimi. Būtent šioje srityje estafetės gyvavimo laikas pasiekė aukščiausią tašką: ji buvo miniatiūrizuota, o inžinierių kartos, oficialiai mokydamos matematiką ir fiziką, sukūrė daugybę konstrukcijų.
XX amžiaus pradžioje ne tik automatinės perjungimo sistemos, bet ir beveik visa telefono tinklo įranga turėjo tam tikros rūšies reles. Vienas iš pirmųjų telefoninio ryšio naudojimo būdų datuojamas 1870-aisiais, rankiniuose skirstomuosiuose skyduose. Abonentui pasukus telefono rankenėlę (magneto rankenėlę), į telefono stotį buvo siunčiamas signalas, įjungiamas maišytuvas. Blaneris yra relė, kurią suaktyvinus ant telefono operatoriaus komutavimo stalo nukrenta metalinis atvartas, rodantis įeinantį skambutį. Tada jauna panelė operatorė įkišo kištuką į jungtį, relė buvo atstatyta, po to vėl buvo galima pakelti sklendę, kurią šioje padėtyje laikė elektromagnetas.
Iki 1924 m., rašė du Bell inžinieriai, tipinė rankinė telefono stotis aptarnavo apie 10 40 abonentų. Jos įrangoje buvo 65–10 tūkst. relių, kurių bendros magnetinės jėgos „pakako XNUMX tonų pakelti“. Didelėse telefonų stotyse su mašininiais komutatoriais šios charakteristikos buvo padaugintos iš dviejų. Visoje JAV telefonų sistemoje buvo naudojama daugybė milijonų relių, o jų skaičius nuolat didėjo, nes buvo automatizuotos telefono stotys. Vieną telefono ryšį galėtų aptarnauti nuo kelių iki kelių šimtų relių, priklausomai nuo dalyvaujančių telefono stočių skaičiaus ir įrangos.
„Western Electric“, „Bell Corporation“ dukterinės gamybos įmonės, gamyklos gamino daugybę relių. Inžinieriai sukūrė tiek modifikacijų, kad šios įvairovės pavydėtų patys įmantriausi šunų augintojai ar balandžių laikytojai. Buvo optimizuotas relės veikimo greitis ir jautrumas, sumažinti matmenys. 1921 m. Western Electric pagamino beveik 5 milijonus šimto pagrindinių tipų relių. Populiariausia buvo E tipo universali relė – plokščias, beveik stačiakampio formos įrenginys, sveriantis kelias dešimtis gramų. Didžioji dalis buvo gaminama iš štampuotų metalinių dalių, t. y. buvo technologiškai pažangi gamyba. Korpusas apsaugojo kontaktus nuo dulkių ir gretimų įrenginių indukuotų srovių: dažniausiai relės buvo montuojamos arti viena kitos, stovuose su šimtais ir tūkstančiais relių. Iš viso buvo sukurta 3 E tipo variantų, kurių kiekvienas turi skirtingą apvijų ir kontaktų konfigūraciją.
Netrukus šios relės buvo pradėtos naudoti sudėtingiausiuose jungikliuose.
Koordinačių komutatorius
1910 m. Gotthilfas Betulanderis, Karališkosios Telegrafverket, valstybinės korporacijos, kuri kontroliavo didžiąją dalį Švedijos telefonų rinkos (dešimtmečius, beveik visą) inžinierius, turėjo idėją. Jis tikėjo, kad gali žymiai pagerinti „Telegrafverket“ veiklos efektyvumą, sukurdamas automatines perjungimo sistemas, pagrįstas tik relėmis. Tiksliau ant relių matricų: plieninių strypų tinkleliai, sujungti su telefono linijomis, su relėmis strypų sankirtose. Toks jungiklis turėtų būti greitesnis, patikimesnis ir lengviau prižiūrimas nei sistemos, pagrįstos slankiojančiais arba besisukančiais kontaktais.
Negana to, Betulander sugalvojo, kad būtų galima atskirti sistemos parinkimo ir prijungimo dalis į nepriklausomas relių grandines. Likusią sistemos dalį reikia naudoti tik balso kanalui sukurti, o tada išlaisvinti kitam skambučiui. Tai yra, Betulander sugalvojo idėją, kuri vėliau buvo pavadinta „bendra kontrole“.
Grandinę, kurioje saugomas gaunamo skambučio numeris, jis pavadino „registratoriumi“ (kitas terminas yra registras). O grandinė, kuri randa ir „pažymi“ galimą ryšį tinkle, vadinama „žymekliu“. Autorius užpatentavo savo sistemą. Keletas tokių stočių atsirado Stokholme ir Londone. O 1918 m. Betulander sužinojo apie amerikiečių naujovę: koordinačių jungiklį, kurį prieš penkerius metus sukūrė Bello inžinierius Johnas Reynoldsas. Šis jungiklis buvo labai panašus į Betulander dizainą, tačiau jis buvo naudojamas n+m aptarnavimo relė n+m matriciniai mazgai, o tai buvo daug patogiau toliau plečiant telefono stotis. Užmezgant ryšį, laikymo juosta suspaudė fortepijono stygos „pirstus“, o pasirinkimo juosta judėjo išilgai matricos, kad prisijungtų prie kito skambučio. Kitais metais Betulander įtraukė šią idėją į savo jungiklio dizainą.
Tačiau dauguma inžinierių laikė Betulanderio kūrinį keistu ir be reikalo sudėtingu. Kai atėjo laikas pasirinkti perjungimo sistemą didžiausių Švedijos miestų tinklams automatizuoti, Telegrafverket pasirinko Ericsson sukurtą dizainą. Betulander komutatoriai buvo naudojami tik nedidelėse kaimo vietovių telefonų stotyse: relės buvo patikimesnės už motorizuotą Ericsson jungiklių automatiką ir nereikėjo kiekvienoje stotyje dirbančių techninės priežiūros specialistų.
Tačiau amerikiečių telefonų inžinieriai šiuo klausimu turėjo kitokią nuomonę. 1930 m. Bell Labs specialistai atvyko į Švediją ir buvo „labai sužavėti koordinačių jungiklio modulio parametrais“. Grįžę amerikiečiai iš karto pradėjo dirbti su koordinačių sistema Nr. 1, didžiuosiuose miestuose pakeisdami skydinius jungiklius. Iki 1938 metų Niujorke buvo įdiegtos dvi tokios sistemos. Netrukus jie tapo standartine miesto telefono stočių įranga, kol daugiau nei po 30 metų juos pakeitė elektroniniai jungikliai.
Įdomiausias X-Switch Nr. 1 komponentas buvo naujas, sudėtingesnis žymeklis, sukurtas Bell. Buvo siekiama ieškoti laisvo maršruto nuo skambinančiojo iki skambinamojo per kelis tarpusavyje sujungtus koordinačių modulius ir taip sukurti telefono ryšį. Žymeklis taip pat turėjo patikrinti kiekvieną ryšį, ar nėra laisvos / užimtos būsenos. Tam reikėjo taikyti sąlyginę logiką. Kaip rašė istorikas Robertas Chapuisas:
Pasirinkimas yra sąlyginis, nes nemokamas ryšys palaikomas tik tuo atveju, jei jis suteikia prieigą prie tinklo, kurio išvestis yra laisvas ryšys į kitą lygį. Jei keli jungčių rinkiniai atitinka norimas sąlygas, „preferencinė logika“ pasirenka vieną iš [esančių] mažiausiai jungčių...
Koordinačių jungiklis yra puikus technologinių idėjų kryžminio apvaisinimo pavyzdys. Betulander sukūrė savo visų relių jungiklį, tada patobulino jį Reynoldso perjungimo matrica ir įrodė gautos konstrukcijos našumą. Vėliau AT&T inžinieriai perkūrė šį hibridinį jungiklį, patobulino jį ir sukūrė koordinačių sistemą Nr. 1. Tada ši sistema tapo dviejų ankstyvųjų kompiuterių komponentu, iš kurių vienas dabar žinomas kaip kompiuterijos istorijos etapas.
Matematinis darbas
Kad suprastume, kaip ir kodėl relės bei jų elektroniniai pusbroliai padarė revoliuciją kompiuterijoje, turime trumpai susipažinti su skaičiavimo pasauliu. Po jos paaiškės, kodėl buvo paslėptas poreikis optimizuoti skaičiavimo procesus.
Iki XX amžiaus pradžios visa šiuolaikinio mokslo ir inžinerijos sistema buvo pagrįsta tūkstančių žmonių, atliekančių matematinius skaičiavimus, darbu. Jie buvo vadinami kompiuteriai (kompiuteriai) [Siekiant išvengti painiavos, terminas bus vartojamas visame tekste skaičiuotuvai. — Pastaba. juosta]. Dar 1820-aisiais Charlesas Babbage'as sukūrė (nors jo aparatas turėjo ideologinių pirmtakų). Pagrindinis jos uždavinys buvo automatizuoti matematinių lentelių kūrimą, pavyzdžiui, navigacijai (trigonometrinių funkcijų skaičiavimas polinominėmis aproksimacijomis 0 laipsnių, 0,01 laipsnio, 0,02 laipsnio ir kt.). Astronomijoje taip pat buvo didelis matematinių skaičiavimų poreikis: reikėjo apdoroti neapdorotus teleskopinių stebėjimų fiksuotose dangaus sferos srityse rezultatus (priklausomai nuo stebėjimų laiko ir datos) arba nustatyti naujų objektų orbitas (pvz. Halio kometa).
Nuo Babbage laikų skaičiavimo mašinų poreikis išaugo daug kartų. Elektros energijos įmonėms reikėjo suprasti itin sudėtingų dinaminių savybių turinčių magistralinių energijos perdavimo sistemų elgesį. Plieniniams „Bessemer“ pabūklams, galintiems mesti sviedinius virš horizonto (todėl dėl tiesioginio taikinio stebėjimo jie nebebuvo nukreipti), reikalavo vis tikslesnių balistinių stalų. Nauji statistiniai įrankiai, kuriuose buvo atlikti dideli matematiniai skaičiavimai (pvz., mažiausių kvadratų metodas), buvo vis dažniau naudojami tiek moksle, tiek augančiame valdžios aparate. Skaičiavimo skyriai atsirado universitetuose, vyriausybinėse agentūrose ir pramonės korporacijose, kurios paprastai įdarbindavo moteris.
Mechaniniai skaičiuotuvai skaičiavimo problemą tik palengvino, bet neišsprendė. Skaičiuoklės paspartino aritmetinius veiksmus, tačiau bet kuriai sudėtingai mokslinei ar inžinerinei problemai reikėjo atlikti šimtus ar tūkstančius operacijų, kurių kiekvieną (žmogaus) skaičiuotuvas turėjo atlikti rankiniu būdu, atidžiai fiksuodamas visus tarpinius rezultatus.
Keletas veiksnių prisidėjo prie naujų požiūrių į matematinių skaičiavimų problemą atsiradimą. Jaunieji mokslininkai ir inžinieriai, skausmingai skaičiuojantys savo užduotis naktį, norėjo pailsėti rankoms ir akims. Projektų vadovai buvo priversti pakloti vis daugiau pinigų daugybės kompiuterių atlyginimams, ypač po Pirmojo pasaulinio karo. Galiausiai, daugelį pažangių mokslo ir inžinerinių problemų buvo sunku apskaičiuoti ranka. Visi šie veiksniai paskatino sukurti kompiuterių seriją, kuri buvo atlikta vadovaujant Masačusetso technologijos instituto (MIT) elektros inžinieriui Vannevarui Bushui.
Diferencialinis analizatorius
Iki tol istorija dažnai buvo beasmenė, bet dabar pradėsime daugiau kalbėti apie konkrečius žmones. Šlovė aplenkė skydelio jungiklio, E tipo relės ir atskaitos žymeklio grandinės kūrėjus. Apie juos neišliko net biografinių anekdotų. Vienintelis viešai prieinamas jų gyvenimo įrodymas yra jų sukurtų mašinų iškastinės liekanos.
Dabar galime giliau suprasti žmones ir jų praeitį. Bet jau nebesutiksime tų, kurie sunkiai dirbo palėpėse ir dirbtuvėse namuose – Morse ir Vail, Bell ir Watson. Pasibaigus Pirmajam pasauliniam karui, herojiškų išradėjų era beveik baigėsi. Thomas Edisonas gali būti laikomas pereinamuoju asmeniu: savo karjeros pradžioje jis buvo samdomas išradėjas, o jos pabaigoje tapo „išradimų gamyklos“ savininku. Iki tol žymiausių naujų technologijų kūrimas tapo organizacijų – universitetų, įmonių tyrimų skyrių, vyriausybinių laboratorijų – sfera. Žmonės, apie kuriuos kalbėsime šiame skyriuje, priklausė tokioms organizacijoms.
Pavyzdžiui, Vannevaras Bushas. Į MIT jis atvyko 1919 m., kai jam buvo 29 metai. Kiek daugiau nei po 20 metų jis buvo vienas iš žmonių, dariusių įtaką JAV dalyvavimui Antrajame pasauliniame kare ir padėjusių padidinti vyriausybės finansavimą, o tai amžiams pakeitė valdžios, akademinės bendruomenės ir mokslo bei technologijų plėtros santykius. Tačiau šio straipsnio tikslais mus domina serija mašinų, kurios buvo sukurtos Busho laboratorijoje nuo XX a. 1920-ojo dešimtmečio vidurio ir buvo skirtos išspręsti matematinių skaičiavimų problemą.
MIT, neseniai persikėlęs iš Bostono centro į Charles River krantinę Kembridže, buvo glaudžiai suderintas su pramonės poreikiais. Pats Bushas, be profesoriaus pareigų, turėjo finansinių interesų keliose elektronikos srities įmonėse. Taigi nenuostabu, kad problema, dėl kurios Buschas ir jo mokiniai pradėjo dirbti prie naujo skaičiavimo įrenginio, kilo energetikos pramonėje: perdavimo linijų elgsenos modeliavimas didžiausios apkrovos sąlygomis. Akivaizdu, kad tai buvo tik vienas iš daugelio galimų kompiuterių pritaikymo būdų: visur buvo atliekami varginantys matematiniai skaičiavimai.
Buschas ir jo kolegos pirmiausia pastatė dvi mašinas, vadinamas produkto integrografais. Tačiau garsiausia ir sėkmingiausia MIT mašina buvo kita - diferencialinis analizatorius, baigtas 1931 m. Jis sprendė elektros perdavimo problemas, skaičiavo elektronų orbitas, kosminės spinduliuotės trajektorijas Žemės magnetiniame lauke ir daug daugiau. Viso pasaulio mokslininkai, kuriems reikėjo skaičiavimo galios, praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje sukūrė dešimtis diferencialinio analizatoriaus kopijų ir variantų. Kai kurie netgi iš Meccano (angliškas prekės ženklo amerikietiškų vaikiškų statybinių komplektų analogas ).
Diferencialinis analizatorius yra analoginis kompiuteris. Matematinės funkcijos buvo apskaičiuotos naudojant besisukančius metalinius strypus, kurių kiekvieno sukimosi greitis atspindėjo tam tikrą kiekybinę reikšmę. Variklis varė nepriklausomą strypą - kintamąjį (dažniausiai jis reiškė laiką), kuris savo ruožtu suko kitus strypus (skirtingus diferencialinius kintamuosius) per mechanines jungtis, o funkcija buvo apskaičiuota pagal įvesties sukimosi greitį. Skaičiavimų rezultatai buvo nubraižyti ant popieriaus kreivių pavidalu. Svarbiausi komponentai buvo integratoriai – ratai, kurie sukasi kaip diskai. Integratoriai galėtų apskaičiuoti kreivės integralą be varginančių rankinių skaičiavimų.
Diferencialinis analizatorius. Integruotas modulis - su pakeliamu dangčiu, lango šone yra lentelės su skaičiavimų rezultatais, o viduryje - skaičiavimo strypų rinkinys
Nė viename analizatoriaus komponente nebuvo atskirų perjungimo relių ar skaitmeninių jungiklių. Tai kodėl mes kalbame apie šį įrenginį? Atsakymas yra ketvirta šeimyninis automobilis.
1930-ųjų pradžioje Bushas pradėjo bendrauti su Rokfelerio fondu, kad gautų finansavimą tolimesnei analizatoriaus plėtrai. Warren Weaver, fondo gamtos mokslų vadovas, iš pradžių nebuvo įsitikinęs. Inžinerija nebuvo jo kompetencijos sritis. Tačiau Buschas paminėjo savo naujosios mašinos beribį potencialą pritaikyti moksliniams tikslams, ypač matematinės biologijos srityje, Weaverio augintinio projekte. Bushas taip pat pažadėjo daugybę analizatoriaus patobulinimų, įskaitant „galimybę greitai perjungti analizatorių nuo vienos problemos prie kitos, kaip telefono skirstomąjį skydą“. 1936 m. jo pastangos buvo apdovanotos 85 XNUMX USD dotacija sukurti naują įrenginį, kuris vėliau buvo pavadintas Rokfelerio diferencialiniu analizatoriumi.
Kaip praktiškas kompiuteris, šis analizatorius nebuvo didelis proveržis. Bushas, tapęs MIT viceprezidentu ir inžinerijos dekanu, negalėjo skirti daug laiko plėtrai vadovauti. Tiesą sakant, jis netrukus pasitraukė ir pradėjo eiti Carnegie instituto Vašingtone pirmininko pareigas. Bushas nujautė, kad artėja karas, ir jis turėjo keletą mokslinių ir pramoninių idėjų, galinčių patenkinti kariuomenės poreikius. Tai yra, jis norėjo būti arčiau valdžios centro, kur galėtų veiksmingiau paveikti tam tikrų klausimų sprendimą.
Tuo pačiu metu naujo dizaino padiktuotas technines problemas sprendė laboratorijos darbuotojai, kurie netrukus buvo nukreipti į karinių problemų sprendimą. Rokfelerio mašina buvo baigta tik 1942 m. Kariuomenei tai buvo naudinga gaminant artilerijos balistinius stalus. Tačiau netrukus šis prietaisas buvo visiškai užtemdytas skaitmeninis kompiuteriai – vaizduojantys skaičius ne kaip fizinius dydžius, o abstrakčiai, naudojant jungiklių padėtis. Taip atsitiko, kad pats Rockefeller analizatorius naudojo gana daug panašių jungiklių, susidedančių iš relių grandinių.
Šanonas
1936 m. Claude'ui Shannonui buvo tik 20 metų, tačiau jis jau buvo baigęs Mičigano universitetą, įgijęs elektros inžinerijos ir matematikos bakalauro laipsnį. Jį į MIT atvežė skrajute, prisegta prie skelbimų lentos. Vannevaras Bushas ieškojo naujo padėjėjo, kuris dirbtų su diferencialiniu analizatoriumi. Shannonas nedvejodamas pateikė savo paraišką ir netrukus pradėjo spręsti naujas problemas, kol naujasis įrenginys pradėjo formuotis.
Šenonas nebuvo panašus į Bushą. Jis nebuvo nei verslininkas, nei akademinės imperijos kūrėjas, nei administratorius. Visą gyvenimą mėgo žaidimus, galvosūkius ir pramogas: šachmatus, žongliravimą, labirintus, kriptogramas. Kaip ir daugelis jo epochos vyrų, per karą Šenonas atsidėjo rimtam verslui: ėjo pareigas „Bell Labs“ pagal vyriausybės sutartį, kuri apsaugojo jo silpną kūną nuo šaukimo į kariuomenę. Jo ugnies kontrolės ir kriptografijos tyrimai šiuo laikotarpiu savo ruožtu atvedė prie esminių informacijos teorijos darbų (kurios mes neliesime). 1950-aisiais, kai karas ir jo padariniai nurimo, Šenonas grįžo į dėstytoją MIT, laisvalaikį skirdamas įvairioms pramogoms: skaičiuotuvui, kuris veikė tik su romėniškais skaitmenimis; mašina, įjungus iš jos atsirado mechaninė rankena ir išjungė mašiną.
Rokfelerio mašinos, su kuria susidūrė Šenonas, struktūra logiškai buvo tokia pati kaip 1931 m. analizatoriaus, tačiau ji buvo sukurta iš visiškai skirtingų fizinių komponentų. Buschas suprato, kad senesnėse mašinose esantys strypai ir mechaninės krumpliaračiai sumažino jų naudojimo efektyvumą: norint atlikti skaičiavimus, mašiną reikėjo sukonfigūruoti, o tai pareikalavo daug kvalifikuotų mechanikų darbo valandų.
Naujasis analizatorius prarado šį trūkumą. Jo dizainas buvo pagrįstas ne stalu su strypais, o kryžminio disko komutatoriumi – pertekliniu prototipu, kurį padovanojo „Bell Labs“. Užuot perdavęs galią iš centrinio veleno, kiekvienas integruotas modulis buvo nepriklausomai varomas elektros variklio. Norint sukonfigūruoti mašiną, kad išspręstų naują problemą, pakako tiesiog koordinačių matricoje sukonfigūruoti reles, kad integratoriai būtų sujungti norima seka. Perforuotos juostos skaitytuvas (pasiskolintas iš kito telekomunikacijų įrenginio, ritininio teletipo) nuskaito mašinos konfigūraciją, o relės grandinė pavertė signalą iš juostos į valdymo signalus matricai – tai buvo tarsi telefoninių pokalbių tarp integratorių nustatymas.
Naujoji mašina buvo ne tik daug greitesnė ir lengviau sukonfigūruojama, bet ir greitesnė bei tikslesnė nei jos pirmtakas. Ji galėtų išspręsti sudėtingesnes problemas. Šiandien šis kompiuteris gali būti laikomas primityviu, net ekstravagantišku, bet tuo metu stebėtojams atrodė, kad jis yra puikus, o gal ir baisus darbo protas:
Iš esmės tai yra matematikos robotas. Elektra varomas automatas, sukurtas ne tik atleisti žmogaus smegenis nuo sunkių skaičiavimų ir analizės naštos, bet ir atakuoti ir išspręsti matematines problemas, kurių protas negali išspręsti.
Šenonas sutelkė dėmesį į duomenų konvertavimą iš popierinės juostos į instrukcijas „smegenims“, o relės grandinė buvo atsakinga už šią operaciją. Jis pastebėjo grandinės struktūros ir Būlio algebros matematinių struktūrų atitikimą, kurį studijavo Mičigano aukštojoje mokykloje. Tai algebra, kurios operandai buvo TIESA ir NETEISINGA, ir operatorių – IR, ARBA, NE tt loginius teiginius atitinkanti algebra.
1937 m. vasarą praleidęs dirbdamas „Bell Labs“ Manhetene (ideali vieta mąstyti apie relių grandines), Shannonas parašė magistro darbą „Simbolinė relių ir perjungimo grandinių analizė“. Kartu su Alano Turingo darbais prieš metus, Shannono disertacija sudarė skaičiavimo mokslo pagrindą.
1940-aisiais ir 1950-aisiais Šenonas pastatė keletą skaičiavimo / loginių mašinų: THROBAC romėnų skaičiavimo skaičiuotuvą, šachmatų pabaigos mašiną ir Tesėją, labirintą, per kurį judėjo elektromechaninė pelė (nuotraukoje)
Šenonas atrado, kad teiginių logikos lygčių sistema gali būti tiesiogiai mechaniškai paversta fizine relių jungiklių grandine. Jis padarė išvadą: „Beveik bet kokia operacija, kurią galima apibūdinti baigtiniu žingsnių skaičiumi naudojant žodžius JEI, IR, ARBA ir tt, gali būti atliekami automatiškai naudojant relę. Pavyzdžiui, dvi valdomos jungiklių relės, sujungtos nuosekliai, sudaro loginę sistemą И: Srovė tekės per pagrindinį laidą tik tada, kai bus įjungti abu elektromagnetai, kad uždarytų jungiklius. Tuo pačiu metu lygiagrečiai sujungtos dvi relės ARBA: Srovė teka per pagrindinę grandinę, aktyvuojama vienu iš elektromagnetų. Tokios loginės grandinės išėjimas savo ruožtu gali valdyti kitų relių elektromagnetus, kad būtų sukurtos sudėtingesnės loginės operacijos, pvz. И B) arba (C И G).
Shannon baigė savo disertaciją su priedu, kuriame buvo keli jo metodu sukurtų grandinių pavyzdžiai. Kadangi Būlio algebros operacijos yra labai panašios į aritmetines operacijas dvejetainiais skaičiais (ty naudojant dvejetainius skaičius), jis parodė, kaip relę galima surinkti į „elektrinį dvejetainį sumatorių“ – mes tai vadiname dvejetainiu sumtuvu. Po kelių mėnesių vienas iš Bell Labs mokslininkų pastatė tokį priedą ant savo virtuvės stalo.
Stibitz
George'as Stibitzas, „Bell Labs“ būstinės Manhetene matematikos skyriaus tyrėjas, tamsų 1937 m. lapkričio vakarą parsivežė keistą įrangos komplektą. Sausos baterijos elementai, du maži žibintai aparatūros skydams ir pora plokščių U tipo relių, rastų šiukšliadėžėje. Pridėjęs kelis laidus ir šlamštą, jis surinko įrenginį, galintį pridėti du vienženklius dvejetainius skaičius (pavaizduojamus įvesties įtampos buvimu ar nebuvimu) ir išvesti dviženklį skaičių, naudodamas lemputes: vienas įjungtas, nulis. už išjungimą.
Dvejetainis Stiebitzo sumatorius
Stiebitzo, fiziko išsilavinimo, buvo paprašyta įvertinti relinių magnetų fizines savybes. Jis neturėjo ankstesnės patirties su relėmis, todėl pradėjo tyrinėdamas jų naudojimą Bell telefono grandinėse. George'as netrukus pastebėjo panašumus tarp kai kurių grandinių ir dvejetainių aritmetinių operacijų. Susidomėjęs jis savo šoninį projektą surinko ant virtuvės stalo.
Iš pradžių „Bell Labs“ vadovybė mažai domėjosi Stiebitzo pomėgiais su estafetėmis. Tačiau 1938 m. tyrimo grupės vadovas paklausė George'o, ar jo skaičiuotuvai gali būti naudojami aritmetinėms operacijoms su kompleksiniais skaičiais (pvz. a+biKur i yra neigiamo skaičiaus kvadratinė šaknis). Paaiškėjo, kad keli „Bell Labs“ skaičiavimo skyriai jau aimanuoja, nes nuolat turėjo tokius skaičius dauginti ir dalyti. Padauginus vieną kompleksinį skaičių, staliniu skaičiuotuvu reikėjo atlikti keturias aritmetines operacijas, padalyti – 16 operacijų. Stibitzas sakė, kad gali išspręsti problemą ir sukūrė mašinų grandinę tokiems skaičiavimams.
Galutinis dizainas, kurį metalu įkūnijo telefonų inžinierius Samuelis Williamsas, buvo pavadintas „Complex Number Computer“ arba trumpiau „Complex Computer“ ir buvo paleistas 1940 m. Skaičiavimams panaudota 450 relių, tarpiniai rezultatai saugomi dešimtyje koordinačių jungiklių. Duomenys buvo įvesti ir gauti naudojant ritininį teletipą. „Bell Labs“ padaliniai įdiegė tris tokius teletipus, o tai rodo didelį skaičiavimo galios poreikį. Relės, matrica, teletipai – visais atžvilgiais tai buvo Bell sistemos produktas.
Kompleksinio kompiuterio geriausia valanda išmušė 11 m. rugsėjo 1940 d. Stiebitzas pristatė pranešimą apie kompiuterį Amerikos matematikos draugijos susitikime Dartmuto koledže. Jis sutiko, kad ten būtų įrengtas teletipas su telegrafo jungtimi su už 400 kilometrų esančiame Manhetene esančiame Complex Computer. Norintieji galėjo nueiti į teletipą, klaviatūra suvesti problemos sąlygas ir pamatyti, kaip per mažiau nei minutę teletaipas stebuklingai atspausdina rezultatą. Tarp tų, kurie išbandė naująjį produktą, buvo Johnas Mauchly ir Johnas von Neumannas, kurių kiekvienas atliks svarbų vaidmenį tęsiant mūsų istoriją.
Susitikimo dalyviai pamatė trumpą žvilgsnį į būsimą pasaulį. Vėliau kompiuteriai taip pabrango, kad administratoriai nebegalėjo leisti jiems sėdėti be darbo, kol vartotojas krapštė smakrą prieš valdymo pultą, galvodamas, ką toliau rašyti. Per ateinančius 20 metų mokslininkai galvos, kaip sukurti bendrosios paskirties kompiuterius, kurie visada lauks, kol įvesite duomenis, net ir dirbdami su kažkuo kitu. Ir tada praeis dar 20 metų, kol šis interaktyvus skaičiavimo būdas taps kasdienybe.
Stiebitzas už Dartmuto interaktyvaus terminalo septintajame dešimtmetyje. Dartmuto koledžas buvo interaktyvaus skaičiavimo pradininkas. Stiebitzas tapo koledžo profesoriumi 1960 m
Stebina tai, kad, nepaisant sprendžiamų problemų, sudėtingas kompiuteris pagal šiuolaikinius standartus nėra kompiuteris. Jis galėtų atlikti aritmetines operacijas su kompleksiniais skaičiais ir tikriausiai išspręsti kitas panašias problemas, bet ne bendrosios paskirties uždavinius. Tai nebuvo programuojama. Jis negalėjo atlikti operacijų atsitiktine tvarka arba pakartotinai. Tai buvo skaičiuotuvas, galintis atlikti tam tikrus skaičiavimus daug geriau nei jo pirmtakai.
Prasidėjus Antrajam pasauliniam karui, Bellas, vadovaujamas Stiebitzo, sukūrė kompiuterių seriją, pavadintą II, III ir IV modeliu (atitinkamai sudėtingas kompiuteris buvo pavadintas I modeliu). Dauguma jų buvo pastatyti Krašto apsaugos tyrimų komiteto užsakymu, o jam vadovavo ne kas kitas, o Vannevaras Bushas. Stibitz patobulino mašinų konstrukciją dėl didesnio funkcijų universalumo ir programavimo.
Pavyzdžiui, balistinis skaičiuotuvas (vėliau III modelis) buvo sukurtas priešlėktuvinių gaisrų valdymo sistemų poreikiams. Jis buvo pradėtas eksploatuoti 1944 m. Fort Bliss mieste, Teksase. Įrenginyje buvo 1400 relių ir jis galėjo vykdyti matematinių operacijų programą, nulemtą instrukcijų seka ant kilpinės popierinės juostos. Juosta su įvesties duomenimis buvo pateikta atskirai, o lentelės duomenys buvo pateikti atskirai. Tai leido greitai rasti, pavyzdžiui, trigonometrinių funkcijų reikšmes be realių skaičiavimų. Bell inžinieriai sukūrė specialias paieškos grandines (medžioklės grandines), kurios skenavo juostą pirmyn/atgal ir ieškojo norimos lentelės reikšmės adreso, neatsižvelgiant į skaičiavimus. Stibitzas nustatė, kad jo kompiuteris Model III, spustelėdamas reles dieną ir naktį, pakeitė 25–40 kompiuterių.
Bell Model III relės stovai
„Model V“ automobilis nebeturėjo laiko pamatyti karinės tarnybos. Jis tapo dar universalesnis ir galingesnis. Jei įvertintume jo pakeistų kompiuterių skaičių, jis buvo maždaug dešimt kartų didesnis nei „Model III“. Keli skaičiavimo moduliai su 9 tūkstančiais relių galėjo priimti įvesties duomenis iš kelių stočių, kuriose vartotojai įvesdavo skirtingų užduočių sąlygas. Kiekviena tokia stotis turėjo vieną juostelių skaitytuvą duomenims įvesti ir penkis instrukcijoms. Tai leido iš pagrindinės juostos iškviesti įvairias paprogrames skaičiuojant užduotį. Pagrindinis valdymo modulis (iš esmės operacinės sistemos analogas) paskirstydavo komandas tarp skaičiavimo modulių, priklausomai nuo jų prieinamumo, o programos galėjo atlikti sąlygines šakas. Tai nebebuvo tik skaičiuotuvas.
Stebuklų metai: 1937 m
1937-ieji gali būti laikomi lūžio tašku kompiuterijos istorijoje. Tais metais Shannon ir Stibitz pastebėjo panašumus tarp relių grandinių ir matematinių funkcijų. Šios išvados paskatino „Bell Labs“ sukurti svarbių skaitmeninių mašinų seriją. Tai buvo savotiškas – ar net pakaitalu – kai kukli telefono relė, nepakeitusi savo fizinės formos, tapo abstrakčios matematikos ir logikos įsikūnijimu.
Tais pačiais metais sausio mėnesio leidinio numeryje Proceedings of the London Mathematical Society paskelbė britų matematiko Alano Turingo straipsnį „Apie apskaičiuojamus skaičius, susijusius su "(dėl apskaičiuojamų skaičių, naudojant Entscheidungsproblemos taikymą). Jame buvo aprašyta universali skaičiavimo mašina: autorius teigė, kad ji gali atlikti veiksmus, logiškai lygiaverčius žmogaus kompiuterių veiksmams. Turingas, praėjusiais metais įstojęs į Prinstono universiteto magistrantūros mokyklą, taip pat buvo sužavėtas estafečių grandinėmis. Ir, kaip ir Bushas, jam rūpi didėjanti karo su Vokietija grėsmė. Taigi jis ėmėsi šalutinio kriptografijos projekto – dvejetainio daugiklio, kuris galėtų būti naudojamas kariniams ryšiams užšifruoti. Turingas jį pastatė iš universiteto mašinų ceche surinktų relių.
Taip pat 1937 m. Howardas Aikenas galvojo apie siūlomą automatinę skaičiavimo mašiną. Harvardo elektros inžinerijos magistrantūros studentas Aikenas atliko nemažą dalį skaičiavimų naudodamas tik mechaninį skaičiuotuvą ir spausdintas matematikos lentelių knygas. Jis pasiūlė dizainą, kuris pašalintų šią rutiną. Skirtingai nuo esamų skaičiavimo įrenginių, jis turėjo apdoroti procesus automatiškai ir cikliškai, naudojant ankstesnių skaičiavimų rezultatus kaip įvestis į kitą.
Tuo tarpu Nippon Electric Company telekomunikacijų inžinierius Akira Nakashima nuo 1935 metų tyrinėjo ryšius tarp relių grandinių ir matematikos. Galiausiai, 1938 m., jis savarankiškai įrodė relių grandinių lygiavertiškumą Būlio algebrai, kurią Šenonas atrado metais anksčiau.
Berlyne buvęs orlaivių inžinierius Konradas Zuse, pavargęs nuo nesibaigiančių darbe reikalingų skaičiavimų, ieškojo lėšų antram kompiuteriui sukurti. Jis negalėjo priversti savo pirmojo mechaninio įrenginio V1 patikimai veikti, todėl norėjo sukurti relinį kompiuterį, kurį sukūrė kartu su savo draugu telekomunikacijų inžinieriumi Helmutu Schreyeriu.
Telefono relių universalumas, išvados apie matematinę logiką, šviesių protų noras atsikratyti protą stingdančio darbo – visa tai susipynė ir paskatino naujo tipo loginės mašinos idėjos atsiradimą.
Pamiršta karta
1937 m. atradimų ir plėtros vaisiai turėjo bręsti keletą metų. Karas pasirodė esąs galingiausia trąša, o su jo atsiradimu reliniai kompiuteriai pradėjo atsirasti visur, kur buvo reikiamos techninės žinios. Matematinė logika tapo elektros inžinerijos vynuogynų grotelėmis. Atsirado naujos programuojamų skaičiavimo mašinų formos – pirmasis šiuolaikinių kompiuterių eskizas.
Be Stiebitzo mašinų, iki 1944 m. JAV galėjo pasigirti Harvard Mark I/IBM automatiniu sekos valdomu skaičiuotuvu (ASCC), kuris buvo Aiken pasiūlymo rezultatas. Dvigubas pavadinimas atsirado pablogėjus akademinės bendruomenės ir pramonės santykiams: visi pareiškė teises į įrenginį. Mark I/ASCC naudojo relės valdymo grandines, tačiau pagrindinis aritmetinis blokas buvo pagrįstas IBM mechaninių skaičiuoklių architektūra. Transporto priemonė buvo sukurta JAV laivų statybos biuro reikmėms. Jo įpėdinis Mark II pradėjo veikti 1948 m. karinio jūrų laivyno bandymų poligone, o visos jo operacijos buvo visiškai pagrįstos relėmis – 13 XNUMX relių.
Karo metu Zuse pastatė kelis relinius kompiuterius, kurie tapo vis sudėtingesni. Kulminacija buvo V4, kuris, kaip ir Bell Model V, apėmė paprogramių iškvietimo nustatymus ir atliko sąlygines šakas. Dėl medžiagų trūkumo Japonijoje nė vienas Nakašimos ir jo tautiečių projektas nebuvo realizuotas metalu, kol šalis neatsigavo po karo. 1950-aisiais naujai suformuota Užsienio prekybos ir pramonės ministerija finansavo dviejų relių mašinų sukūrimą, iš kurių antroji buvo monstras su 20 tūkstančių relių. „Fujitsu“, dalyvavęs kuriant, sukūrė savo komercinius produktus.
Šiandien šios mašinos beveik visiškai pamirštos. Atmintyje liko tik vienas vardas – ENIAC. Užmaršties priežastis nėra susijusi su jų sudėtingumu, galimybėmis ar greičiu. Skaičiavimo ir loginės relių savybės, kurias atrado mokslininkai ir tyrinėtojai, taikomos bet kokiam įrenginiui, kuris gali veikti kaip jungiklis. Taip atsitiko, kad buvo galima įsigyti kitą panašų įrenginį - elektroninis jungiklis, galintis veikti šimtus kartų greičiau nei relė.
Antrojo pasaulinio karo svarba kompiuterijos istorijoje jau turėtų būti akivaizdi. Pats baisiausias karas tapo impulsu elektroninių mašinų vystymuisi. Jį pradėjus atlaisvinti resursai, reikalingi akivaizdiems elektroninių jungiklių trūkumams pašalinti. Elektromechaninių kompiuterių viešpatavimas buvo trumpas. Kaip ir titanus, juos nuvertė jų vaikai. Kaip ir relės, elektroninis perjungimas atsirado dėl telekomunikacijų pramonės poreikių. Ir norėdami sužinoti, iš kur ji atsirado, turime atsukti savo istoriją į radijo eros aušros akimirką.
Šaltinis: www.habr.com