ProHoster > Blogs > Administrācija > Aizmirstā releja datoru paaudze

Aizmirstā releja datoru paaudze

Aizmirstā releja datoru paaudze

MÅ«su iepriekŔējais raksts aprakstÄ«ja automātisko telefona slēdžu pieaugumu, kurus vadÄ«ja, izmantojot releju shēmas. Å oreiz mēs vēlamies runāt par to, kā zinātnieki un inženieri izstrādāja releju shēmas pirmajā - nu jau aizmirstajā - digitālo datoru paaudzē.

Relejs zenītā

Ja atceraties, releja darbÄ«ba balstās uz vienkārÅ”u principu: elektromagnēts darbina metāla slēdzi. Stafetes ideju neatkarÄ«gi ierosināja vairāki dabaszinātnieki un uzņēmēji telegrāfa biznesā 1830. gados. Pēc tam XNUMX. gadsimta vidÅ« izgudrotāji un mehāniÄ·i pārvērta relejus par uzticamu un neaizstājamu telegrāfa tÄ«klu sastāvdaļu. TieÅ”i Å”ajā jomā stafetes kalpoÅ”anas laiks sasniedza savu zenÄ«tu: tas tika miniaturizēts, un inženieru paaudzes radÄ«ja neskaitāmus dizainus, formāli mācoties matemātikā un fizikā.

1870. gadsimta sākumā ne tikai automātiskās komutācijas sistēmas, bet arÄ« gandrÄ«z visas telefona tÄ«kla iekārtas saturēja kāda veida relejus. Viens no agrākajiem lietojumiem tālruņu sakaros ir datēts ar XNUMX. gadiem manuālajos sadales paneļos. Kad abonents pagrieza telefona rokturi (magneto rokturi), telefona centrālei tika nosÅ«tÄ«ts signāls, ieslēdzot blenderi. TukÅ”s ir relejs, kas, iedarbinot, uz telefona operatora komutācijas pults nokrÄ«t metāla atlokā, norādot uz ienākoÅ”u zvanu. Tad jaunā dāma operatore iesprauda spraudni savienotājā, relejs tika atiestatÄ«ts, pēc tam atkal bija iespēja pacelt atloku, kuru Å”ajā pozÄ«cijā noturēja elektromagnēts.

Divi Bela inženieri rakstÄ«ja, ka lÄ«dz 1924. gadam tipiskā manuālā telefona centrāle apkalpoja aptuveni 10 40 abonentu. Viņas aprÄ«kojumā bija 65-10 tÅ«kstoÅ”i releju, kuru kopējais magnētiskais spēks bija "pietiekams, lai paceltu XNUMX tonnas". Lielajās telefona centrālēs ar maŔīnu slēdžiem Å”ie raksturlielumi tika reizināti ar diviem. Visā ASV telefonu sistēmā tika izmantoti daudzi miljoni releju, un to skaits nepārtraukti pieauga, jo telefona centrāles tika automatizētas. Vienu telefona pieslēgumu varētu apkalpot no dažiem lÄ«dz vairākiem simtiem releju atkarÄ«bā no iesaistÄ«to telefona centrāļu skaita un aprÄ«kojuma.

Bell Corporation ražoÅ”anas meitasuzņēmuma Western Electric rÅ«pnÄ«cas ražoja milzÄ«gu releju klāstu. Inženieri ir radÄ«juÅ”i tik daudz modifikāciju, ka izsmalcinātākie suņu audzētāji vai baložu audzētāji apskaustu Å”o Ŕķirni. Tika optimizēts releja darbÄ«bas ātrums un jutÄ«ba, samazināti izmēri. 1921. gadā Western Electric saražoja gandrÄ«z 5 miljonus simts pamattipu releju. Vispopulārākais bija E tipa universālais relejs, plakana, gandrÄ«z taisnstÅ«rveida ierÄ«ce, kas svēra vairākus desmitus gramu. Lielākoties tas tika izgatavots no apzÄ«mogotām metāla detaļām, t.i., tā ražoÅ”anā bija tehnoloÄ£iski progresÄ«va. Korpuss aizsargāja kontaktus no putekļiem un blakus ierīču izraisÄ«tām strāvām: parasti releji tika uzstādÄ«ti tuvu viens otram, statÄ«vos ar simtiem un tÅ«kstoÅ”iem releju. Kopumā tika izstrādāti 3 E tipa varianti, katrs ar atŔķirÄ«gu tinumu un kontaktu konfigurāciju.

DrÄ«z Å”os relejus sāka izmantot vissarežģītākajos slēdžos.

Koordinātu komutators

1910. gadā Gothilfam Betulanderam, inženierim Royal Telegrafverket, valsts korporācijā, kas kontrolēja lielāko daļu Zviedrijas telefonu tirgus (gadu desmitiem, gandrÄ«z visu), radās ideja. ViņŔ uzskatÄ«ja, ka varētu ievērojami uzlabot Telegrafverket darbÄ«bas efektivitāti, izveidojot automātiskās komutācijas sistēmas, kas pilnÄ«bā balstÄ«tas uz relejiem. PrecÄ«zāk, uz releju matricām: tērauda stieņu režģi, kas savienoti ar telefona lÄ«nijām, ar relejiem stieņu krustpunktos. Šādam slēdzim jābÅ«t ātrākam, uzticamākam un vieglāk kopjamam nekā sistēmām, kuru pamatā ir bÄ«dāmi vai rotējoÅ”i kontakti.

Turklāt Betulander nāca klajā ar ideju, ka ir iespējams nodalÄ«t sistēmas atlases un savienojuma daļas neatkarÄ«gās releju ķēdēs. Un pārējā sistēma ir jāizmanto tikai balss kanāla izveidei un pēc tam jāatbrÄ«vo cita zvana apstrādei. Tas ir, Betulanders nāca klajā ar ideju, ko vēlāk nosauca par ā€œkopējo kontroliā€.

ViņŔ nosauca ķēdi, kurā tiek saglabāts ienākoŔā zvana numurs, "reÄ£istrators" (cits termins ir reÄ£istrs). Un ķēdi, kas atrod un ā€œatzÄ«mēā€ pieejamo savienojumu tÄ«klā, sauc par ā€œmarÄ·ieriā€. Autors patentēja savu sistēmu. Vairākas Ŕādas stacijas parādÄ«jās Stokholmā un Londonā. Un 1918. gadā Betulanders uzzināja par amerikāņu jauninājumu: koordinātu slēdzi, ko pirms pieciem gadiem izveidoja Bela inženieris Džons Reinoldss. Å is slēdzis bija ļoti lÄ«dzÄ«gs Betulander dizainam, taču tas tika izmantots n+m servisa relejs n+m matricas mezgli, kas bija daudz ērtāk telefona centrāļu tālākai paplaÅ”ināŔanai. Veidojot savienojumu, turÄ“Å”anas josla saspieda klavieru stÄ«gu "pirkstos", un atlases josla pārvietojās pa matricu, lai izveidotu savienojumu ar citu zvanu. Nākamajā gadā Betulanders iekļāva Å”o ideju savā slēdžu dizainā.

Bet lielākā daļa inženieru uzskatÄ«ja Betulandera radÄ«Å”anu dÄ«vainu un nevajadzÄ«gi sarežģītu. Kad pienāca laiks izvēlēties komutācijas sistēmu, lai automatizētu Zviedrijas lielāko pilsētu tÄ«klus, Telegrafverket izvēlējās Ericsson izstrādāto dizainu. Betulander slēdži tika izmantoti tikai mazās telefonu centrālēs lauku apvidos: releji bija uzticamāki nekā Ericsson slēdžu motorizētā automatizācija, un tiem nebija nepiecieÅ”ama apkopes tehniÄ·i katrā centrālē.

Tomēr amerikāņu telefonu inženieriem Å”ajā jautājumā bija atŔķirÄ«gs viedoklis. 1930. gadā Bell Labs speciālisti ieradās Zviedrijā un bija "ļoti pārsteigti par koordinātu slēdža moduļa parametriem". Kad amerikāņi atgriezās, viņi nekavējoties sāka strādāt pie tā, kas kļuva pazÄ«stama kā koordinātu sistēma Nr. 1, nomainot paneļu slēdžus lielajās pilsētās. LÄ«dz 1938. gadam Ņujorkā tika uzstādÄ«tas divas Ŕādas sistēmas. DrÄ«z tie kļuva par pilsētas telefonu centrāļu standarta aprÄ«kojumu, lÄ«dz vairāk nekā 30 gadus vēlāk tos nomainÄ«ja elektroniskie slēdži.

Visinteresantākā X-Switch Nr. 1 sastāvdaļa bija jauns, sarežģītāks marÄ·ieris, ko izstrādāja Bell. Bija paredzēts meklēt brÄ«vu marÅ”rutu no zvanÄ«tāja lÄ«dz izsauktajam caur vairākiem savstarpēji savienotiem koordinātu moduļiem, tādējādi izveidojot telefona savienojumu. MarÄ·ierim arÄ« bija jāpārbauda katrs savienojums, lai noteiktu brÄ«va/aizņemta statusu. Tas prasÄ«ja nosacÄ«jumu loÄ£ikas pielietoÅ”anu. Kā rakstÄ«ja vēsturnieks Roberts Čapuiss:

Izvēle ir nosacÄ«ta, jo bezmaksas savienojums tiek turēts tikai tad, ja tas nodroÅ”ina piekļuvi tÄ«klam, kura izvadei ir brÄ«vs savienojums ar nākamo lÄ«meni. Ja vairākas savienojumu kopas atbilst vēlamajiem nosacÄ«jumiem, tad "preferenciālā loÄ£ika" izvēlas vienu no mazākajiem savienojumiem...

Koordinātu slēdzis ir lielisks piemērs tehnoloÄ£isko ideju savstarpējai apaugļoÅ”anai. Betulanders izveidoja savu visu releju slēdzi, pēc tam uzlaboja to ar Reinoldsa komutācijas matricu un pierādÄ«ja iegÅ«tā dizaina veiktspēju. AT&T inženieri vēlāk pārveidoja Å”o hibrÄ«da slēdzi, uzlaboja to un izveidoja koordinātu sistēmu Nr. 1. Pēc tam Ŕī sistēma kļuva par divu agrÄ«nu datoru sastāvdaļu, no kuriem viens tagad ir pazÄ«stams kā pagrieziena punkts skaitļoÅ”anas vēsturē.

Matemātiskais darbs

Lai saprastu, kā un kāpēc releji un to elektroniskie brālēni palÄ«dzēja revolucionizēt skaitļoÅ”anu, mums ir nepiecieÅ”ams Ä«ss ieskats skaitļoÅ”anas pasaulē. Pēc tās kļūs skaidrs, kāpēc bija slēpts pieprasÄ«jums pēc skaitļoÅ”anas procesu optimizācijas.

LÄ«dz XNUMX. gadsimta sākumam visa mÅ«sdienu zinātnes un inženierzinātņu sistēma balstÄ«jās uz tÅ«kstoÅ”iem cilvēku darbu, kas veica matemātiskos aprēķinus. Viņus sauca datori (datori) [Lai izvairÄ«tos no neskaidrÄ«bām, Å”is termins tiks lietots visā tekstā kalkulatori. - PiezÄ«me. josla]. 1820. gados Čārlzs Beidžs radÄ«ja atŔķirÄ«bu maŔīna (lai gan viņa aparātam bija ideoloÄ£iski priekÅ”teči). Tās galvenais uzdevums bija automatizēt matemātisko tabulu konstruÄ“Å”anu, piemēram, navigācijai (trigonometrisko funkciju aprēķins ar polinomu tuvinājumiem pie 0 grādiem, 0,01 grādiem, 0,02 grādiem utt.). Liels pieprasÄ«jums bija arÄ« pēc matemātiskiem aprēķiniem astronomijā: bija nepiecieÅ”ams apstrādāt neapstrādātus teleskopisko novērojumu rezultātus fiksētajos debess sfēras apgabalos (atkarÄ«bā no novērojumu laika un datuma) vai noteikt jaunu objektu orbÄ«tas (piemēram, Halija komēta).

KopÅ” Babbage laikiem nepiecieÅ”amÄ«ba pēc skaitļoÅ”anas maŔīnām ir daudzkārt pieaugusi. ElektroenerÄ£ijas uzņēmumiem bija jāsaprot mugurkaula elektroenerÄ£ijas pārvades sistēmu darbÄ«ba ar ārkārtÄ«gi sarežģītām dinamiskām Ä«paŔībām. Bessemer tērauda lielgabaliem, kas varēja mest Ŕāviņus pāri horizontam (un tāpēc, pateicoties tieÅ”ai mērÄ·a novēroÅ”anai, tie vairs nebija mērķēti), bija nepiecieÅ”ami arvien precÄ«zāki ballistikas galdi. Jauni statistikas rÄ«ki, kas ietvēra lielu daudzumu matemātisko aprēķinu (piemēram, mazāko kvadrātu metode), arvien vairāk tika izmantoti gan zinātnē, gan augoÅ”ajā valdÄ«bas aparātā. Datortehnikas nodaļas radās universitātēs, valsts aÄ£entÅ«rās un rÅ«pniecÄ«bas korporācijās, kurās parasti tika pieņemtas darbā sievietes.

Mehāniskie kalkulatori tikai atviegloja aprēķinu problēmu, bet neatrisināja to. Kalkulatori paātrināja aritmētiskās darbÄ«bas, taču jebkura sarežģīta zinātniska vai inženiertehniska problēma prasÄ«ja simtiem vai tÅ«kstoÅ”iem darbÄ«bu, no kurām katra (cilvēka) kalkulatoram bija jāveic manuāli, rÅ«pÄ«gi ierakstot visus starprezultātus.

Vairāki faktori veicināja jaunu pieeju raÅ”anos matemātisko aprēķinu problēmai. Jaunie zinātnieki un inženieri, kuri naktÄ« sāpÄ«gi aprēķināja savus uzdevumus, gribēja dot atpÅ«tu savām rokām un acÄ«m. Projektu vadÄ«tāji bija spiesti atdot arvien vairāk naudas daudzu datoru algām, Ä«paÅ”i pēc Pirmā pasaules kara. Visbeidzot, daudzas progresÄ«vas zinātnes un inženierijas problēmas bija grÅ«ti aprēķināt ar roku. Visu Å”o faktoru rezultātā tika izveidota datoru sērija, pie kuras darbs tika veikts Masačūsetsas TehnoloÄ£iju institÅ«ta (MIT) elektroinženiera Vannevara BuÅ”a vadÄ«bā.

Diferenciālais analizators

LÄ«dz Å”im vēsture bieži ir bijusi bezpersoniska, bet tagad mēs sāksim runāt vairāk par konkrētiem cilvēkiem. Slava pārņēma paneļa slēdža, E tipa releja un fiduciālā marÄ·iera ķēdes radÄ«tājus. Par viņiem nav saglabājuŔās pat biogrāfiskas anekdotes. VienÄ«gā publiski pieejamā liecÄ«ba par viņu dzÄ«vi ir viņu radÄ«to maŔīnu fosilās atliekas.

Tagad mēs varam iegÅ«t dziļāku izpratni par cilvēkiem un viņu pagātni. Bet tos, kas mājās bēniņos un darbnÄ«cās cÄ«tÄ«gi strādāja - Morzi un Vailu, Bellu un Vatsonu, mēs vairs nesastapsim. LÄ«dz Pirmā pasaules kara beigām varonÄ«go izgudrotāju ēra bija gandrÄ«z beigusies. Tomasu Edisonu var uzskatÄ«t par pārejas figÅ«ru: savas karjeras sākumā viņŔ bija algots izgudrotājs, bet lÄ«dz beigām kļuva par ā€œizgudrojumu rÅ«pnÄ«casā€ Ä«paÅ”nieku. LÄ«dz tam laikam ievērojamāko jauno tehnoloÄ£iju izstrāde bija kļuvusi par organizāciju ā€” universitāŔu, korporatÄ«vo pētÄ«jumu departamentu, valsts laboratoriju ā€” sfēru. Cilvēki, par kuriem mēs runāsim Å”ajā sadaļā, piederēja Ŕādām organizācijām.

Piemēram, Vannevars BuÅ”s. ViņŔ ieradās MIT 1919. gadā, kad viņam bija 29 gadi. Nedaudz vairāk nekā 20 gadus vēlāk viņŔ bija viens no cilvēkiem, kas ietekmēja ASV dalÄ«bu Otrajā pasaules karā un palÄ«dzēja palielināt valdÄ«bas finansējumu, kas uz visiem laikiem mainÄ«ja attiecÄ«bas starp valdÄ«bu, akadēmiskajām aprindām un zinātnes un tehnoloÄ£iju attÄ«stÄ«bu. Bet Ŕī raksta vajadzÄ«bām mÅ«s interesē virkne maŔīnu, kas tika izstrādātas BuÅ”a laboratorijā no 1920. gadsimta XNUMX. gadu vidus un bija paredzētas matemātisko aprēķinu problēmas risināŔanai.

MIT, kas nesen bija pārcēlusies no Bostonas centra uz Čārlza upes krastmalu Kembridžā, bija cieÅ”i saistÄ«ta ar rÅ«pniecÄ«bas vajadzÄ«bām. PaÅ”am BuÅ”am papildus profesÅ«rai bija finansiālas intereses vairākos elektronikas nozares uzņēmumos. Tāpēc nav jābrÄ«nās, ka problēma, kas lika BuÅ”am un viņa studentiem strādāt pie jaunās skaitļoÅ”anas ierÄ«ces, radās enerģētikas nozarē: pārvades lÄ«niju darbÄ«bas simulÄ“Å”ana maksimālās slodzes apstākļos. AcÄ«mredzot tas bija tikai viens no daudziem iespējamiem datoru lietojumiem: visur tika veikti nogurdinoÅ”i matemātiski aprēķini.

BuÅ”s un viņa kolēģi vispirms uzbÅ«vēja divas maŔīnas, ko sauc par produktu integrātiem. Bet slavenākā un veiksmÄ«gākā MIT maŔīna bija cita - diferenciālais analizators, pabeigta 1931. gadā. ViņŔ risināja problēmas ar elektrÄ«bas pārvadi, aprēķināja elektronu orbÄ«tas, kosmiskā starojuma trajektorijas Zemes magnētiskajā laukā un daudz ko citu. Pētnieki visā pasaulē, kuriem bija nepiecieÅ”ama skaitļoÅ”anas jauda, ā€‹ā€‹pagājuŔā gadsimta 1930. gados izveidoja desmitiem diferenciālā analizatora kopiju un variantu. Daži pat ir no Meccano (zÄ«mola amerikāņu bērnu celtniecÄ«bas komplektu angļu analogs Montāžas komplekts).

Diferenciālais analizators ir analogais dators. Matemātiskās funkcijas tika aprēķinātas, izmantojot rotējoÅ”us metāla stieņus, kuru katra rotācijas ātrums atspoguļoja kādu kvantitatÄ«vu vērtÄ«bu. Motors vadÄ«ja neatkarÄ«gu stieni - mainÄ«go (parasti tas apzÄ«mēja laiku), kas, savukārt, rotēja citus stieņus (dažādus diferenciālos mainÄ«gos) caur mehāniskiem savienojumiem, un funkcija tika aprēķināta, pamatojoties uz ieejas grieÅ”anās ātrumu. Aprēķinu rezultāti tika uzzÄ«mēti uz papÄ«ra lÄ«kņu veidā. VissvarÄ«gākās sastāvdaļas bija integratori - riteņi, kas griezās kā diski. Integratori varētu aprēķināt lÄ«knes integrāli bez garlaicÄ«giem manuāliem aprēķiniem.

Aizmirstā releja datoru paaudze
Diferenciālais analizators. Integrēts modulis - ar paceltu vāku, loga sānos ir tabulas ar aprēķinu rezultātiem, bet vidÅ« - skaitļoÅ”anas stieņu komplekts

Nevienā no analizatora sastāvdaļām nebija diskrētu pārslēgÅ”anas releju vai ciparu slēdžu. Tātad, kāpēc mēs runājam par Å”o ierÄ«ci? Atbilde ir ceturtais Ä£imenes auto.

1930. gadu sākumā BuÅ”s sāka uzrunāt Rokfellera fondu, lai iegÅ«tu finansējumu turpmākai analizatora attÄ«stÄ«bai. Vorens VÄ«vers, fonda dabaszinātņu vadÄ«tājs, sākotnēji nebija pārliecināts. Inženierzinātnes nebija viņa kompetences joma. Taču BuÅ”s atzÄ«mēja savas jaunās maŔīnas neierobežoto potenciālu zinātniskiem pielietojumiem, Ä«paÅ”i matemātiskajā bioloÄ£ijā, Weaver's pet projektā. BuÅ”s arÄ« apsolÄ«ja daudzus analizatora uzlabojumus, tostarp "spēju ātri pārslēgt analizatoru no vienas problēmas uz citu, piemēram, tālruņa sadales skapi". 1936. gadā viņa centieni tika atalgoti ar 85 XNUMX ASV dolāru dotāciju jaunas ierÄ«ces izveidei, ko vēlāk nosauca par Rokfellera diferenciālo analizatoru.

Kā praktisks dators Å”is analizators nebija liels sasniegums. BuÅ”s, kurÅ” kļuva par MIT viceprezidentu un inženierzinātņu dekānu, nevarēja veltÄ«t daudz laika izstrādes vadÄ«Å”anai. PatiesÄ«bā viņŔ drÄ«z izstājās, stājoties VaÅ”ingtonas Kārnegi institÅ«ta priekÅ”sēdētāja amatā. BuÅ”s juta kara tuvoÅ”anos, un viņam bija vairākas zinātniskas un rÅ«pnieciskas idejas, kas varētu kalpot militārajām vajadzÄ«bām. Tas ir, viņŔ gribēja bÅ«t tuvāk varas centram, kur varētu efektÄ«vāk ietekmēt atseviŔķu jautājumu risināŔanu.

Tajā paŔā laikā jaunā dizaina diktētās tehniskās problēmas atrisināja laboratorijas darbinieki, un drÄ«z vien tos sāka novirzÄ«t darbam ar militārām problēmām. Rokfellera maŔīna tika pabeigta tikai 1942. gadā. Militāristi to uzskatÄ«ja par noderÄ«gu artilērijas ballistisko galdu ražoÅ”anā. Bet drÄ«z vien Ŕī ierÄ«ce tika pilnÄ«bā aptumÅ”ota digitāls datori ā€” skaitļus attēlo nevis kā fiziskus lielumus, bet gan abstrakti, izmantojot slēdžu pozÄ«cijas. Tā sagadÄ«jās, ka pats Rokfellera analizators izmantoja diezgan daudz lÄ«dzÄ«gu slēdžu, kas sastāvēja no releju ķēdēm.

Å enons

1936. gadā Klods Å enons bija tikai 20 gadus vecs, taču viņŔ jau bija beidzis Mičiganas Universitāti, iegÅ«stot bakalaura grādu elektrotehnikā un matemātikā. Viņu uz MIT atveda skrejlapa, kas bija piestiprināta pie ziņojumu dēļa. Vannevars BuÅ”s meklēja jaunu palÄ«gu, kas strādātu pie diferenciāļa analizatora. Å enons bez vilcināŔanās iesniedza savu pieteikumu un drÄ«z vien strādāja pie jaunām problēmām, pirms jaunā ierÄ«ce sāka veidoties.

Å enona nelÄ«dzinājās BuÅ”am. ViņŔ nebija ne uzņēmējs, ne akadēmiskās impērijas veidotājs, ne administrators. Visu mūžu viņŔ mÄ«lēja spēles, mÄ«klas un izklaidi: Å”ahu, žonglÄ“Å”anu, labirintus, kriptogrammas. Tāpat kā daudzi viņa laikmeta vÄ«rieÅ”i, Å enons kara laikā nodevās nopietnam biznesam: viņŔ ieņēma amatu Bell Labs saskaņā ar valdÄ«bas lÄ«gumu, kas aizsargāja viņa vājo Ä·ermeni no militārā dienesta. Viņa pētÄ«jumi par uguns kontroli un kriptogrāfiju Å”ajā periodā savukārt noveda pie informācijas teorijas pamatdarba (kuru mēs neapspriedÄ«sim). 1950. gados, karam un tā sekām norimstot, Å enons atgriezās pie mācÄ«bspēkiem MIT, brÄ«vo laiku veltot novirzēm: kalkulatoram, kas darbojās tikai ar romieÅ”u cipariem; maŔīna, ieslēdzot, no tās parādÄ«jās mehāniskā roka un izslēdza maŔīnu.

Rokfellera maŔīnas struktÅ«ra, ar kuru Å enons saskārās, loÄ£iski bija tāda pati kā 1931. gada analizatoram, taču tā tika uzbÅ«vēta no pilnÄ«gi atŔķirÄ«giem fiziskajiem komponentiem. BuÅ”s saprata, ka vecāko maŔīnu stieņi un mehāniskie zobrati samazina to izmantoÅ”anas efektivitāti: lai veiktu aprēķinus, maŔīna bija jāiestata, kas prasÄ«ja prasmÄ«giem mehāniÄ·iem daudzas cilvēkstundas.

Jaunais analizators ir zaudējis Å”o trÅ«kumu. Tā dizaina pamatā nebija galds ar stieņiem, bet gan Ŕķērsdisku komutators, kas ir Bell Labs dāvātais prototips. Tā vietā, lai pārsÅ«tÄ«tu jaudu no centrālās vārpstas, katrs integrētais modulis tika neatkarÄ«gi darbināts ar elektromotoru. Lai konfigurētu iekārtu, lai atrisinātu jaunu problēmu, pietika vienkārÅ”i konfigurēt relejus koordinātu matricā, lai savienotu integratorus vēlamajā secÄ«bā. Perforētas lentes lasÄ«tājs (aizgÅ«ts no citas telekomunikāciju ierÄ«ces, ruļļa teletaipa) nolasÄ«ja iekārtas konfigurāciju, un releja ķēde pārveidoja signālu no lentes matricas vadÄ«bas signālos ā€” tas bija kā telefona zvanu sērijas izveidoÅ”ana starp integratoriem.

Jaunā iekārta bija ne tikai daudz ātrāka un vieglāk uzstādāma, bet arÄ« ātrāka un precÄ«zāka nekā tās priekÅ”gājējs. Viņa varētu atrisināt sarežģītākas problēmas. MÅ«sdienās Å”o datoru varētu uzskatÄ«t par primitÄ«vu, pat ekstravagantu, taču tolaik novērotājiem tas Ŕķita izcils vai, iespējams, briesmÄ«gs inteliÄ£ence darbā:

Būtībā tas ir matemātikas robots. Elektriski darbināms automāts, kas paredzēts ne tikai, lai atbrīvotu cilvēka smadzenes no smagās aprēķinu un analīzes nastas, bet arī uzbruktu matemātiskām problēmām, kuras nevar atrisināt garīgi, un tās atrisinātu.

Å enons koncentrējās uz datu pārvērÅ”anu no papÄ«ra lentes instrukcijās "smadzenēm", un par Å”o darbÄ«bu bija atbildÄ«ga releja ķēde. ViņŔ pamanÄ«ja atbilstÄ«bu starp ķēdes struktÅ«ru un BÅ«la algebras matemātiskajām struktÅ«rām, kuras viņŔ studēja Mičiganas augstskolā. Å Ä« ir algebra, kuras operandi bija PATIESI un NEPAREIZI, un operatori ā€” UN, VAI, NĒ uc LoÄ£iskiem apgalvojumiem atbilstoÅ”a algebra.

Pēc tam, kad 1937. gada vasaru pavadÄ«ja, strādājot Bell Labs Manhetenā (ideāla vieta, kur domāt par releju shēmām), Å enons uzrakstÄ«ja savu maÄ£istra darbu ar nosaukumu "Simboliskā releju un komutācijas ķēžu analÄ«ze". Kopā ar Alana TjÅ«ringa darbu iepriekŔējā gadā Å enona disertācija veidoja skaitļoÅ”anas zinātnes pamatu.

Aizmirstā releja datoru paaudze
1940. un 1950. gados Å enona uzbÅ«vēja vairākas skaitļoÅ”anas/loÄ£iskās maŔīnas: THROBAC romieÅ”u kalkulatoru, Å”aha gala spēļu automātu un Theseus, labirintu, pa kuru pārvietojās elektromehāniskā pele (attēlā)

Å enons atklāja, ka propozicionālo loÄ£isko vienādojumu sistēmu var tieÅ”i mehāniski pārveidot par releju slēdžu fizisko ķēdi. ViņŔ secināja: "Praktiski jebkura darbÄ«ba, ko var aprakstÄ«t ierobežotā soļu skaitā, izmantojot vārdus JA, UN, VAI utt., var veikt automātiski, izmantojot releju. Piemēram, divi virknē savienoti kontrolēti slēdžu releji veido loÄ£isku Š˜: Strāva plÅ«dÄ«s caur galveno vadu tikai tad, kad abi elektromagnēti ir aktivizēti, lai aizvērtu slēdžus. Tajā paŔā laikā divi paralēli savienoti releji VAI: Strāva plÅ«st caur galveno ķēdi, ko aktivizē viens no elektromagnētiem. Šādas loÄ£iskās shēmas izeja savukārt var kontrolēt citu releju elektromagnētus, lai radÄ«tu sarežģītākas loÄ£iskās darbÄ«bas, piemēram, (A Š˜ B) vai (C Š˜ G).

Å enons noslēdza savu disertāciju ar pielikumu, kurā bija vairāki piemēri shēmām, kas izveidotas, izmantojot viņa metodi. Tā kā BÅ«la algebras darbÄ«bas ir ļoti lÄ«dzÄ«gas aritmētiskajām operācijām bināros skaitļos (t.i., izmantojot bināros skaitļus), viņŔ parādÄ«ja, kā releju var salikt "elektriskā binārā summatorā" ā€” mēs to saucam par bināro summatoru. Dažus mēneÅ”us vēlāk viens no Bell Labs zinātniekiem uz sava virtuves galda uzbÅ«vēja Ŕādu papildinātāju.

Stibitz

Džordžs Stibits, pētnieks Bell Labs galvenās mÄ«tnes matemātikas nodaļā Manhetenā, 1937. gada tumŔā novembra vakarā atveda mājās dÄ«vainu aprÄ«kojuma komplektu. Sausie akumulatoru elementi, divas mazas gaismas aparatÅ«ras paneļiem un pāris plakani U tipa releji, kas atrasti miskastē. Pievienojot dažus vadus un dažus atkritumus, viņŔ samontēja ierÄ«ci, kas varētu pievienot divus viencipara bināros skaitļus (ko attēlo ieejas sprieguma esamÄ«ba vai neesamÄ«ba) un, izmantojot spuldzes, izvadÄ«t divciparu skaitli: viens ieslēgts, nulle. par off.

Aizmirstā releja datoru paaudze
Binārais Stiebitza summators

Stiebitzam, pēc izglÄ«tÄ«bas fiziÄ·a, tika lÅ«gts novērtēt releja magnētu fiziskās Ä«paŔības. Viņam vispār nebija iepriekŔējas pieredzes ar relejiem, tāpēc viņŔ sāka pētÄ«t to izmantoÅ”anu Bell telefona shēmās. Džordžs drÄ«z pamanÄ«ja lÄ«dzÄ«bas starp dažām shēmām un binārajām aritmētiskajām darbÄ«bām. Intriģēts, viņŔ salika savu sānu projektu uz virtuves galda.

Sākumā Stiebitza ķēriens ar stafetēm izraisÄ«ja nelielu Bell Labs vadÄ«bas interesi. Bet 1938. gadā pētnieku grupas vadÄ«tājs Džordžam jautāja, vai viņa kalkulatorus var izmantot aritmētiskām darbÄ«bām ar kompleksajiem skaitļiem (piem. a+biKur i ir negatÄ«va skaitļa kvadrātsakne). IzrādÄ«jās, ka vairākas Bell Labs skaitļoÅ”anas nodaļas jau stenēja, jo viņiem pastāvÄ«gi bija jāreizina un jādala Ŕādi skaitļi. Viena kompleksā skaitļa reizināŔanai darbvirsmas kalkulatorā bija jāveic četras aritmētiskās darbÄ«bas, dalÄ«Å”anai bija nepiecieÅ”amas 16 darbÄ«bas. Stibitz teica, ka viņŔ varētu atrisināt problēmu, un izstrādāja maŔīnu ķēdi Ŕādiem aprēķiniem.

GalÄ«go dizainu, ko metālā iemiesoja telefona inženieris Semjuels Viljamss, sauca par komplekso numuru datoru vai saÄ«sināti komplekso datoru, un tas tika laists klajā 1940. gadā. Aprēķiniem izmantoti 450 releji, starprezultāti glabāti desmit koordinātu slēdžos. Dati tika ievadÄ«ti un saņemti, izmantojot ruļļa teletaipu. Bell Labs nodaļas uzstādÄ«ja trÄ«s Ŕādus teletaipus, kas liecina par lielu skaitļoÅ”anas jaudas nepiecieÅ”amÄ«bu. Releji, matrica, teletaipi ā€“ visādā ziņā tas bija Bell sistēmas produkts.

Kompleksā datora labākā stunda notika 11. gada 1940. septembrÄ«. Stiebitz iepazÄ«stināja ar ziņojumu par datoru Amerikas Matemātikas biedrÄ«bas sanāksmē Dartmutas koledžā. ViņŔ piekrita, ka tur tiks uzstādÄ«ts teletaips ar telegrāfa savienojumu ar Complex Computer Manhetenā, kas atrodas 400 kilometru attālumā. Interesenti varēja doties uz teletaipu, ievadÄ«t uz klaviatÅ«ras problēmas apstākļus un redzēt, kā nepilnas minÅ«tes laikā teletaips maÄ£iski izdrukā rezultātu. Starp tiem, kas testēja jauno produktu, bija Džons MauÅ”lijs un Džons fon Neimans, kuriem katram bÅ«tu svarÄ«ga loma mÅ«su stāsta turpinājumā.

TikÅ”anās dalÄ«bnieki ieraudzÄ«ja Ä«su ieskatu nākotnes pasaulē. Vēlāk datori kļuva tik dārgi, ka administratori vairs nevarēja atļauties ļaut tiem sēdēt dÄ«kstāvē, kamēr lietotājs kasÄ«ja zodu vadÄ«bas pults priekŔā, domādams, ko rakstÄ«t tālāk. Nākamo 20 gadu laikā zinātnieki domās par to, kā izveidot vispārējas nozÄ«mes datorus, kas vienmēr gaidÄ«s, kad tajos ievadÄ«sit datus, pat strādājot pie kaut kā cita. Un tad paies vēl 20 gadi, lÄ«dz Å”is interaktÄ«vais skaitļoÅ”anas režīms kļūs par dienas kārtÄ«bu.

Aizmirstā releja datoru paaudze
Stiebitz aiz Dartmutas interaktÄ«vā termināļa 1960. gados. Dartmutas koledža bija interaktÄ«vās skaitļoÅ”anas pionieris. Stiebits kļuva par koledžas profesoru 1964. gadā

PārsteidzoÅ”i, ka, neskatoties uz problēmām, ko tas atrisina, kompleksais dators pēc mÅ«sdienu standartiem nemaz nav dators. Tas varētu veikt aritmētiskas darbÄ«bas ar kompleksiem skaitļiem un, iespējams, atrisināt citas lÄ«dzÄ«gas problēmas, bet ne vispārējas nozÄ«mes problēmas. Tas nebija programmējams. ViņŔ nevarēja veikt darbÄ«bas nejauŔā secÄ«bā vai atkārtoti. Tas bija kalkulators, kas spēja veikt noteiktus aprēķinus daudz labāk nekā tā priekÅ”gājēji.

Sākoties Otrajam pasaules karam, Bells Stiebitza vadÄ«bā izveidoja datoru sēriju ar nosaukumu Model II, Model III un Model IV (Kompleksais dators attiecÄ«gi tika nosaukts par modeli I). Lielākā daļa no tiem tika uzbÅ«vēti pēc Nacionālās aizsardzÄ«bas pētniecÄ«bas komitejas pieprasÄ«juma, un to vadÄ«ja neviens cits kā Vannevars BuÅ”s. Stibitz uzlaboja maŔīnu dizainu, nodroÅ”inot lielāku funkciju daudzpusÄ«bu un programmējamÄ«bu.

Piemēram, Ballistiskais kalkulators (vēlāk modelis III) tika izstrādāts pretgaisa uguns vadÄ«bas sistēmu vajadzÄ«bām. Tas sāka darboties 1944. gadā Fort Blisā, Teksasā. IerÄ«ce saturēja 1400 relejus un varēja izpildÄ«t matemātisko darbÄ«bu programmu, ko noteica instrukciju secÄ«ba uz papÄ«ra lentes. AtseviŔķi tika piegādāta lente ar ievades datiem, bet tabulas dati tika piegādāti atseviŔķi. Tas ļāva ātri atrast, piemēram, trigonometrisko funkciju vērtÄ«bas bez reāliem aprēķiniem. Bell inženieri izstrādāja Ä«paÅ”as meklÄ“Å”anas shēmas (medÄ«bu shēmas), kas skenēja lenti uz priekÅ”u/atpakaļ un meklēja vēlamās tabulas vērtÄ«bas adresi neatkarÄ«gi no aprēķiniem. Stibits atklāja, ka viņa Model III dators, dienu un nakti noklikŔķinot uz relejiem, nomainÄ«ja 25ā€“40 datorus.

Aizmirstā releja datoru paaudze
Bell Model III releju statīvi

Model V automaŔīnai vairs nebija laika redzēt militāro dienestu. Tas ir kļuvis vēl daudzpusÄ«gāks un spēcÄ«gāks. Ja mēs novērtējam datoru skaitu, ko tas nomainÄ«ja, tad tas bija aptuveni desmit reizes lielāks nekā Model III. Vairāki skaitļoÅ”anas moduļi ar 9 tÅ«kstoÅ”iem releju varēja saņemt ievades datus no vairākām stacijām, kur lietotāji ievadÄ«ja dažādu uzdevumu nosacÄ«jumus. Katrai Ŕādai stacijai bija viens lentes lasÄ«tājs datu ievadÄ«Å”anai un pieci instrukcijām. Tas ļāva izsaukt dažādas apakÅ”programmas no galvenās lentes, aprēķinot uzdevumu. Galvenais vadÄ«bas modulis (bÅ«tÄ«bā operētājsistēmas analogs) sadalÄ«ja instrukcijas starp skaitļoÅ”anas moduļiem atkarÄ«bā no to pieejamÄ«bas, un programmas varēja veikt nosacÄ«tas atzaras. Tas vairs nebija tikai kalkulators.

Brīnumu gads: 1937. gads

1937. gadu var uzskatÄ«t par pagrieziena punktu skaitļoÅ”anas vēsturē. Tajā gadā Å enons un Stibits pamanÄ«ja lÄ«dzÄ«bas starp releju shēmām un matemātiskajām funkcijām. Å ie atklājumi lika Bell Labs izveidot virkni svarÄ«gu digitālo iekārtu. Tas bija sava veida eksaptācija - vai pat aizstāŔana - kad pieticÄ«gs telefona relejs, nemainot savu fizisko formu, kļuva par abstraktās matemātikas un loÄ£ikas iemiesojumu.

Tajā paŔā gadā izdevuma janvāra numurā Proceedings of the London Mathematical Society publicēja britu matemātiÄ·a Alana TjÅ«ringa rakstu ā€œPar skaitļojamiem skaitļiem saistÄ«bā ar risinājuma problēma"(Par aprēķināmiem skaitļiem, ar pieteikumu Entscheidungsproblēmai). Tajā aprakstÄ«ta universāla skaitļoÅ”anas maŔīna: autors apgalvoja, ka tā var veikt darbÄ«bas, kas loÄ£iski ir lÄ«dzvērtÄ«gas cilvēku datoru darbÄ«bām. TjÅ«ringu, kurÅ” iepriekŔējā gadā bija iestājies Prinstonas universitātes aspirantÅ«rā, ieinteresēja arÄ« stafetes shēmas. Un, tāpat kā BuÅ”s, viņu satrauc pieaugoÅ”ie kara draudi ar Vāciju. Tāpēc viņŔ uzņēmās blakus kriptogrāfijas projektu ā€” bināro reizinātāju, ko varētu izmantot militāro sakaru Å”ifrÄ“Å”anai. TjÅ«rings to uzbÅ«vēja no universitātes maŔīnu darbnÄ«cā samontētiem relejiem.

ArÄ« 1937. gadā Hovards Eikens domāja par piedāvāto automātisko skaitļoÅ”anas maŔīnu. Hārvardas elektrotehnikas maÄ£istrantÅ«ras students Aikens veica savu godÄ«go daļu aprēķinu, izmantojot tikai mehānisko kalkulatoru un drukātas matemātikas tabulu grāmatas. ViņŔ ierosināja dizainu, kas novērstu Å”o rutÄ«nu. AtŔķirÄ«bā no esoÅ”ajām skaitļoÅ”anas ierÄ«cēm tai bija paredzēts procesus apstrādāt automātiski un cikliski, izmantojot iepriekŔējo aprēķinu rezultātus kā ievadi nākamajam.

Tikmēr Nippon Electric Company telekomunikāciju inženieris Akira NakaÅ”ima kopÅ” 1935. gada pētÄ«ja savienojumus starp releju shēmām un matemātiku. Visbeidzot, 1938. gadā viņŔ neatkarÄ«gi pierādÄ«ja releju ķēžu lÄ«dzvērtÄ«bu BÅ«la algebrai, ko Å enons bija atklājis gadu iepriekÅ”.

BerlÄ«nē Konrāds Zuse, bijuÅ”ais lidmaŔīnu inženieris, noguris no nebeidzamajiem aprēķiniem, kas nepiecieÅ”ami darbā, meklēja lÄ«dzekļus, lai izveidotu otru datoru. ViņŔ nevarēja panākt, lai viņa pirmā mehāniskā ierÄ«ce V1 darbotos uzticami, tāpēc viņŔ vēlējās izveidot releja datoru, ko izstrādāja kopā ar savu draugu, telekomunikāciju inženieri Helmutu Å raijeru.

Tālruņa releju daudzpusÄ«ba, secinājumi par matemātisko loÄ£iku, gaiÅ”o prātu vēlme atbrÄ«voties no prātu stindzinoÅ”a darba - tas viss savijās un noveda pie idejas par jauna veida loÄ£iskās maŔīnas raÅ”anos.

Aizmirstā paaudze

1937. gada atklājumu un attÄ«stÄ«bas augļiem bija jāgatavojas vairākus gadus. KarÅ” izrādÄ«jās visspēcÄ«gākais mēslojums, un lÄ«dz ar tā parādÄ«Å”anos releja datori sāka parādÄ«ties visur, kur bija vajadzÄ«gās tehniskās zināŔanas. Matemātiskā loÄ£ika kļuva par elektrotehnikas vÄ«nogulāju režģi. ParādÄ«jās jaunas programmējamo skaitļoÅ”anas maŔīnu formas ā€” pirmā mÅ«sdienu datoru skice.

Papildus Stiebitz iekārtām lÄ«dz 1944. gadam ASV varēja lepoties ar Harvard Mark I/IBM automātisko secÄ«bu kontrolēto kalkulatoru (ASCC), kas ir Aikena priekÅ”likuma rezultāts. Dubultais nosaukums radās akadēmisko aprindu un rÅ«pniecÄ«bas attiecÄ«bu pasliktināŔanās dēļ: visi pieprasÄ«ja tiesÄ«bas uz ierÄ«ci. Mark I/ASCC izmantoja releju vadÄ«bas shēmas, bet galvenā aritmētiskā vienÄ«ba balstÄ«jās uz IBM mehānisko kalkulatoru arhitektÅ«ru. TransportlÄ«dzeklis tika izveidots ASV KuÄ£ubÅ«ves biroja vajadzÄ«bām. Tā pēctecis Mark II sāka darboties 1948. gadā JÅ«ras spēku izmēģinājumu poligonā, un visas tā darbÄ«bas tika pilnÄ«bā balstÄ«tas uz relejiem ā€” 13 XNUMX releju.

Kara laikā Zuse uzbÅ«vēja vairākus releja datorus, kas kļuva arvien sarežģītāki. Kulminācija bija V4, kas, tāpat kā Bell Model V, ietvēra apakÅ”programmu izsaukÅ”anas iestatÄ«jumus un veica nosacÄ«jumus atzarojumus. Materiālu trÅ«kuma dēļ Japānā neviens no NakaÅ”imas un viņa tautieÅ”u projektiem netika realizēts metālā, lÄ«dz valsts atguvās no kara. 1950. gados jaunizveidotā Ārējās tirdzniecÄ«bas un rÅ«pniecÄ«bas ministrija finansēja divu releju iekārtu izveidi, no kurām otrā bija briesmonis ar 20 tÅ«kstoÅ”iem releju. Fujitsu, kas piedalÄ«jās radÄ«Å”anā, ir izstrādājis savus komerciālos produktus.

MÅ«sdienās Ŕīs maŔīnas ir gandrÄ«z pilnÄ«bā aizmirstas. Atmiņā palicis tikai viens nosaukums - ENIAC. AizmirstÄ«bas iemesls nav saistÄ«ts ar to sarežģītÄ«bu, iespējām vai ātrumu. Zinātnieku un pētnieku atklātās releju skaitļoÅ”anas un loÄ£iskās Ä«paŔības attiecas uz jebkura veida ierÄ«cēm, kas var darboties kā slēdzis. Un tā notika, ka bija pieejama cita lÄ«dzÄ«ga ierÄ«ce - elektroniska slēdzis, kas varētu darboties simtiem reižu ātrāk nekā relejs.

Otrā pasaules kara nozÄ«mei skaitļoÅ”anas vēsturē jau vajadzētu bÅ«t acÄ«mredzamai. VisbriesmÄ«gākais karÅ” kļuva par impulsu elektronisko maŔīnu attÄ«stÄ«bai. Tā palaiÅ”ana atbrÄ«voja resursus, kas nepiecieÅ”ami elektronisko slēdžu acÄ«mredzamo trÅ«kumu novērÅ”anai. Elektromehānisko datoru valdÄ«Å”ana bija Ä«slaicÄ«ga. Tāpat kā titānus, viņus gāza viņu bērni. Tāpat kā releji, arÄ« elektroniskā komutācija radās no telekomunikāciju nozares vajadzÄ«bām. Un, lai uzzinātu, no kurienes tas nāk, mums ir jāattina sava vēsture uz brÄ«di radio ēras rÄ«tausmā.

Avots: www.habr.com

Pievieno komentāru