Dalam kami menggambarkan kebangkitan suis telefon automatik, yang dikawal menggunakan litar geganti. Kali ini kita ingin bercakap tentang bagaimana saintis dan jurutera membangunkan litar geganti dalam generasi pertama - kini dilupakan - komputer digital.
Relay pada kemuncaknya
Jika anda masih ingat, pengendalian geganti adalah berdasarkan prinsip mudah: elektromagnet mengendalikan suis logam. Idea relay telah dicadangkan secara bebas oleh beberapa naturalis dan usahawan dalam perniagaan telegraf pada tahun 1830-an. Kemudian, pada pertengahan abad ke-XNUMX, pencipta dan mekanik mengubah geganti menjadi komponen rangkaian telegraf yang boleh dipercayai dan sangat diperlukan. Di kawasan inilah hayat geganti mencapai kemuncaknya: ia dikecilkan, dan generasi jurutera mencipta pelbagai reka bentuk semasa latihan secara rasmi dalam matematik dan fizik.
Pada awal abad ke-1870, bukan sahaja sistem pensuisan automatik, tetapi juga hampir semua peralatan rangkaian telefon mengandungi beberapa jenis geganti. Salah satu penggunaan terawal dalam komunikasi telefon bermula pada tahun XNUMX-an, dalam papan suis manual. Apabila pelanggan menghidupkan pemegang telefon (pemegang magneto), isyarat dihantar ke pertukaran telefon, menghidupkan pengisar. Blanker ialah geganti yang, apabila dicetuskan, menyebabkan kepak logam jatuh pada meja pensuisan operator telefon, menandakan panggilan masuk. Kemudian pengendali wanita muda itu memasukkan palam ke dalam penyambung, geganti telah ditetapkan semula, selepas itu adalah mungkin untuk menaikkan flap semula, yang dipegang dalam kedudukan ini oleh elektromagnet.
Menjelang tahun 1924, dua jurutera Bell menulis, pertukaran telefon manual biasa memberi perkhidmatan kepada kira-kira 10 pelanggan. Peralatannya mengandungi 40-65 ribu relay, yang jumlah daya magnetnya "cukup untuk mengangkat 10 tan." Dalam pertukaran telefon besar dengan suis mesin, ciri-ciri ini didarabkan dengan dua. Berjuta-juta geganti telah digunakan di seluruh sistem telefon AS, dan bilangannya sentiasa meningkat apabila pertukaran telefon diautomasikan. Satu sambungan telefon boleh disampaikan daripada beberapa hingga beberapa ratus geganti, bergantung pada bilangan dan peralatan pertukaran telefon yang terlibat.
Kilang-kilang Western Electric, anak syarikat pembuatan Bell Corporation, menghasilkan pelbagai jenis geganti. Jurutera telah mencipta begitu banyak pengubahsuaian sehingga penternak anjing atau penjaga merpati yang paling canggih akan iri dengan varieti ini. Kelajuan operasi dan sensitiviti geganti telah dioptimumkan, dan dimensi telah dikurangkan. Pada tahun 1921, Western Electric menghasilkan hampir 5 juta geganti daripada seratus jenis asas. Yang paling popular ialah geganti universal Jenis E, peranti rata, hampir segi empat tepat yang mempunyai berat beberapa puluh gram. Untuk sebahagian besar, ia diperbuat daripada bahagian logam yang dicop, iaitu ia telah maju dari segi teknologi dalam pengeluaran. Perumahan melindungi kenalan daripada habuk dan arus teraruh dari peranti jiran: biasanya geganti dipasang rapat antara satu sama lain, dalam rak dengan ratusan dan ribuan geganti. Sebanyak 3 varian Jenis E telah dibangunkan, setiap satu dengan konfigurasi belitan dan sentuhan yang berbeza.
Tidak lama kemudian geganti ini mula digunakan dalam suis yang paling kompleks.
Komutator koordinat
Pada tahun 1910, Gotthilf Betulander, seorang jurutera di Royal Telegrafverket, syarikat negeri yang mengawal sebahagian besar pasaran telefon Sweden (selama beberapa dekad, hampir kesemuanya), mempunyai idea. Dia percaya bahawa dia boleh meningkatkan kecekapan operasi Telegrafverket dengan membina sistem pensuisan automatik sepenuhnya berdasarkan geganti. Lebih tepat lagi, pada matriks geganti: grid rod keluli yang disambungkan ke talian telefon, dengan geganti di persimpangan rod. Suis sedemikian hendaklah lebih pantas, lebih dipercayai dan lebih mudah diselenggara berbanding sistem berdasarkan sesentuh gelongsor atau berputar.
Lebih-lebih lagi, Betulander datang dengan idea bahawa adalah mungkin untuk memisahkan bahagian pemilihan dan sambungan sistem ke dalam litar geganti bebas. Dan selebihnya sistem harus digunakan hanya untuk mewujudkan saluran suara, dan kemudian dibebaskan untuk mengendalikan panggilan lain. Iaitu, Betulander menghasilkan idea yang kemudiannya dipanggil "kawalan bersama".
Dia memanggil litar yang menyimpan nombor panggilan masuk "perakam" (istilah lain ialah daftar). Dan litar yang mencari dan "menanda" sambungan yang tersedia dalam grid dipanggil "penanda." Pengarang mematenkan sistemnya. Beberapa stesen sedemikian muncul di Stockholm dan London. Dan pada tahun 1918, Betulander belajar tentang inovasi Amerika: suis koordinat, yang dicipta oleh jurutera Bell John Reynolds lima tahun sebelumnya. Suis ini sangat serupa dengan reka bentuk Betulander, tetapi ia digunakan n+m geganti perkhidmatan n+m nod matriks, yang lebih mudah untuk pengembangan selanjutnya pertukaran telefon. Apabila membuat sambungan, bar penahan mengapit rentetan piano "jari" dan bar pemilihan bergerak di sepanjang matriks untuk menyambung ke panggilan lain. Pada tahun berikutnya, Betulander memasukkan idea ini ke dalam reka bentuk suisnya.
Tetapi kebanyakan jurutera menganggap ciptaan Betulander pelik dan tidak perlu rumit. Apabila tiba masanya untuk memilih sistem pensuisan untuk mengautomasikan rangkaian bandar terbesar di Sweden, Telegrafverket memilih reka bentuk yang dibangunkan oleh Ericsson. Suis Betulander hanya digunakan dalam pertukaran telefon kecil di kawasan luar bandar: geganti lebih dipercayai daripada automasi bermotor suis Ericsson dan tidak memerlukan juruteknik penyelenggaraan di setiap pertukaran.
Walau bagaimanapun, jurutera telefon Amerika mempunyai pendapat yang berbeza mengenai perkara ini. Pada tahun 1930, pakar Bell Labs datang ke Sweden dan "sangat kagum dengan parameter modul suis koordinat." Apabila orang Amerika kembali, mereka segera mula bekerja pada apa yang dikenali sebagai sistem koordinat No. 1, menggantikan suis panel di bandar-bandar besar. Menjelang tahun 1938, dua sistem sedemikian telah dipasang di New York. Mereka tidak lama lagi menjadi peralatan standard untuk pertukaran telefon bandar, sehingga suis elektronik menggantikannya lebih daripada 30 tahun kemudian.
Komponen paling menarik X-Switch No. 1 ialah penanda baharu yang lebih kompleks yang dibangunkan di Bell. Ia bertujuan untuk mencari laluan percuma daripada pemanggil kepada penerima melalui beberapa modul koordinat yang disambungkan antara satu sama lain, dengan itu mewujudkan sambungan telefon. Penanda juga perlu menguji setiap sambungan untuk keadaan lapang/sibuk. Ini memerlukan penggunaan logik bersyarat. Seperti yang ditulis oleh ahli sejarah Robert Chapuis:
Pilihan adalah bersyarat kerana sambungan percuma hanya dipegang jika ia menyediakan akses kepada grid yang mempunyai sambungan percuma ke peringkat seterusnya sebagai outputnya. Jika beberapa set sambungan memenuhi syarat yang diingini, maka "logik keutamaan" memilih salah satu daripada sambungan paling sedikit...
Suis koordinat ialah contoh hebat persenyawaan silang idea teknologi. Betulander mencipta suis semua gegantinya, kemudian memperbaikinya dengan matriks pensuisan Reynolds dan membuktikan prestasi reka bentuk yang dihasilkan. Jurutera AT&T kemudiannya mereka bentuk semula suis hibrid ini, menambah baiknya, dan mencipta Sistem Koordinat No. 1. Sistem ini kemudiannya menjadi komponen dua komputer awal, salah satu daripadanya kini dikenali sebagai peristiwa penting dalam sejarah pengkomputeran.
Buruh matematik
Untuk memahami bagaimana dan mengapa relay dan sepupu elektronik mereka membantu merevolusikan pengkomputeran, kita memerlukan pencerobohan ringkas ke dalam dunia kalkulus. Selepas itu, ia akan menjadi jelas mengapa terdapat permintaan tersembunyi untuk pengoptimuman proses pengkomputeran.
Menjelang permulaan abad ke-XNUMX, keseluruhan sistem sains dan kejuruteraan moden adalah berdasarkan kerja beribu-ribu orang yang melakukan pengiraan matematik. Mereka dipanggil komputer (komputer) [Untuk mengelakkan kekeliruan, istilah tersebut akan digunakan di seluruh teks kalkulator. - Catatan. lorong]. Kembali pada tahun 1820-an, Charles Babbage mencipta (walaupun aparatusnya mempunyai pendahulu ideologi). Tugas utamanya adalah untuk mengautomasikan pembinaan jadual matematik, contohnya untuk navigasi (pengiraan fungsi trigonometri dengan anggaran polinomial pada 0 darjah, 0,01 darjah, 0,02 darjah, dll.). Terdapat juga permintaan yang besar untuk pengiraan matematik dalam astronomi: adalah perlu untuk memproses hasil mentah cerapan teleskopik di kawasan tetap sfera cakerawala (bergantung pada masa dan tarikh cerapan) atau menentukan orbit objek baharu (contohnya, komet Halley).
Sejak zaman Babbage, keperluan untuk mesin pengkomputeran telah meningkat berkali-kali ganda. Syarikat kuasa elektrik perlu memahami kelakuan sistem penghantaran kuasa tulang belakang dengan sifat dinamik yang sangat kompleks. Senapang keluli Bessemer, yang mampu melontar peluru ke ufuk (dan oleh itu, terima kasih kepada pemerhatian langsung terhadap sasaran, ia tidak lagi disasarkan), memerlukan jadual balistik yang semakin tepat. Alat perangkaan baharu yang melibatkan pengiraan matematik dalam jumlah yang besar (seperti kaedah kuasa dua terkecil) semakin banyak digunakan dalam sains dan dalam perkakas kerajaan yang semakin berkembang. Jabatan pengkomputeran muncul di universiti, agensi kerajaan, dan syarikat perindustrian, yang biasanya merekrut wanita.
Kalkulator mekanikal hanya memudahkan masalah pengiraan, tetapi tidak menyelesaikannya. Kalkulator mempercepatkan operasi aritmetik, tetapi sebarang masalah saintifik atau kejuruteraan yang kompleks memerlukan ratusan atau ribuan operasi, setiap satunya kalkulator (manusia) perlu melakukan secara manual, merekodkan semua keputusan perantaraan dengan teliti.
Beberapa faktor menyumbang kepada kemunculan pendekatan baru kepada masalah pengiraan matematik. Para saintis dan jurutera muda, yang dengan susah payah mengira tugas mereka pada waktu malam, ingin merehatkan tangan dan mata mereka. Pengurus projek terpaksa mengeluarkan lebih banyak wang untuk gaji banyak komputer, terutamanya selepas Perang Dunia Pertama. Akhirnya, banyak masalah saintifik dan kejuruteraan yang canggih sukar dikira dengan tangan. Semua faktor ini membawa kepada penciptaan satu siri komputer, kerja yang dijalankan di bawah pimpinan Vannevar Bush, seorang jurutera elektrik di Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Penganalisis pembezaan
Sehingga ketika ini, sejarah selalunya tidak bersifat peribadi, tetapi sekarang kita akan mula bercakap lebih lanjut mengenai orang tertentu. Kemasyhuran dilalui oleh pencipta suis panel, geganti Jenis E dan litar penanda fidusial. Tidak ada anekdot biografi yang terselamat tentang mereka. Satu-satunya bukti yang tersedia secara umum tentang kehidupan mereka ialah sisa-sisa fosil mesin yang mereka cipta.
Kita kini boleh memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang orang dan masa lalu mereka. Tetapi kita tidak akan bertemu lagi dengan mereka yang bekerja keras di loteng dan bengkel di rumah - Morse dan Vail, Bell dan Watson. Menjelang akhir Perang Dunia I, era pencipta heroik hampir berakhir. Thomas Edison boleh dianggap sebagai tokoh peralihan: pada permulaan kerjayanya, dia adalah pencipta yang diupah, dan pada akhirnya dia menjadi pemilik "kilang ciptaan". Pada masa itu, pembangunan teknologi baharu yang paling ketara telah menjadi domain organisasi—universiti, jabatan penyelidikan korporat, makmal kerajaan. Orang yang akan kita bincangkan dalam bahagian ini tergolong dalam organisasi sedemikian.
Contohnya, Vannevar Bush. Dia tiba di MIT pada tahun 1919, ketika dia berumur 29 tahun. Lebih sedikit daripada 20 tahun kemudian, beliau adalah salah seorang daripada orang yang mempengaruhi penyertaan Amerika Syarikat dalam Perang Dunia II dan membantu meningkatkan pembiayaan kerajaan, yang selama-lamanya mengubah hubungan antara kerajaan, akademik, dan pembangunan sains dan teknologi. Tetapi untuk tujuan artikel ini, kami berminat dengan satu siri mesin yang dibangunkan di makmal Bush dari pertengahan 1920-an dan bertujuan untuk menyelesaikan masalah pengiraan matematik.
MIT, yang baru-baru ini berpindah dari pusat Boston ke dermaga Sungai Charles di Cambridge, sejajar rapat dengan keperluan industri. Bush sendiri, sebagai tambahan kepada jawatan profesornya, mempunyai kepentingan kewangan dalam beberapa perusahaan dalam bidang elektronik. Oleh itu, tidaklah mengejutkan bahawa masalah yang menyebabkan Busch dan pelajarnya bekerja pada peranti pengkomputeran baharu berasal dari industri tenaga: mensimulasikan kelakuan talian penghantaran di bawah keadaan beban puncak. Jelas sekali, ini hanyalah satu daripada banyak kemungkinan aplikasi komputer: pengiraan matematik yang membosankan telah dijalankan di mana-mana sahaja.
Busch dan rakan-rakannya mula-mula membina dua mesin yang dipanggil integraf produk. Tetapi mesin MIT yang paling terkenal dan berjaya adalah satu lagi - penganalisis pembezaan, siap pada tahun 1931. Dia menyelesaikan masalah dengan penghantaran elektrik, mengira orbit elektron, trajektori sinaran kosmik dalam medan magnet Bumi, dan banyak lagi. Penyelidik di seluruh dunia, yang memerlukan kuasa pengkomputeran, mencipta berpuluh-puluh salinan dan variasi penganalisis pembezaan pada tahun 1930-an. Ada juga dari Meccano (analog Inggeris bagi set binaan kanak-kanak Amerika bagi jenama itu ).
Penganalisis pembezaan ialah komputer analog. Fungsi matematik dikira menggunakan rod logam berputar, kelajuan putaran setiap satunya mencerminkan beberapa nilai kuantitatif. Motor memacu rod bebas - pembolehubah (biasanya ia mewakili masa), yang, seterusnya, memutar rod lain (pembolehubah pembezaan yang berbeza) melalui sambungan mekanikal, dan fungsi dikira berdasarkan kelajuan putaran input. Hasil pengiraan dilukis di atas kertas dalam bentuk lengkung. Komponen yang paling penting ialah penyepadu - roda yang berputar sebagai cakera. Penyepadu boleh mengira kamiran lengkung tanpa pengiraan manual yang membosankan.
Penganalisis pembezaan. Modul integral - dengan penutup yang dibangkitkan, di sisi tingkap terdapat jadual dengan hasil pengiraan, dan di tengah - satu set rod pengkomputeran
Tiada komponen penganalisis mengandungi geganti pensuisan diskret atau sebarang suis digital. Jadi mengapa kita bercakap tentang peranti ini? Jawapannya ialah keempat kereta keluarga.
Pada awal 1930-an, Bush mula memikat Yayasan Rockefeller untuk mendapatkan pembiayaan untuk pembangunan lanjut penganalisis. Warren Weaver, ketua asas sains semula jadi, pada mulanya tidak yakin. Kejuruteraan bukanlah bidang kepakarannya. Tetapi Busch menggembar-gemburkan potensi tanpa had mesin baharunya untuk aplikasi saintifik—terutamanya dalam biologi matematik, projek haiwan peliharaan Weaver. Bush juga menjanjikan banyak penambahbaikan kepada penganalisis, termasuk "keupayaan untuk menukar penganalisis dengan cepat daripada satu masalah kepada masalah lain, seperti papan suis telefon." Pada tahun 1936, usahanya telah diberi ganjaran dengan geran $85 untuk penciptaan peranti baharu, yang kemudiannya dipanggil Penganalisis Perbezaan Rockefeller.
Sebagai komputer praktikal, penganalisis ini bukanlah satu kejayaan yang hebat. Bush, yang menjadi naib presiden MIT dan dekan kejuruteraan, tidak dapat menumpukan banyak masa untuk mengarahkan pembangunan. Malah, dia segera menarik diri, mengambil tugas sebagai pengerusi Institusi Carnegie di Washington. Bush merasakan perang semakin hampir, dan dia mempunyai beberapa idea saintifik dan industri yang boleh memenuhi keperluan tentera. Iaitu, dia mahu menjadi lebih dekat dengan pusat kuasa, di mana dia boleh mempengaruhi penyelesaian isu-isu tertentu dengan lebih berkesan.
Pada masa yang sama, masalah teknikal yang ditentukan oleh reka bentuk baru telah diselesaikan oleh kakitangan makmal, dan mereka tidak lama lagi mula dialihkan untuk menangani masalah ketenteraan. Mesin Rockefeller telah disiapkan hanya pada tahun 1942. Tentera mendapati ia berguna untuk pengeluaran dalam talian meja balistik untuk artileri. Tetapi tidak lama kemudian peranti ini dikalahkan semata-mata digital komputer—mewakili nombor bukan sebagai kuantiti fizikal, tetapi secara abstrak, menggunakan kedudukan suis. Kebetulan penganalisis Rockefeller sendiri menggunakan banyak suis serupa, yang terdiri daripada litar geganti.
Shannon
Pada tahun 1936, Claude Shannon hanya berusia 20 tahun, tetapi dia telah pun menamatkan pengajian dari Universiti Michigan dengan ijazah sarjana muda dalam bidang kejuruteraan elektrik dan matematik. Dia dibawa ke MIT oleh risalah yang disematkan pada papan buletin. Vannevar Bush sedang mencari pembantu baharu untuk bekerja pada penganalisis pembezaan. Shannon menyerahkan permohonannya tanpa teragak-agak dan tidak lama kemudian menyelesaikan masalah baharu sebelum peranti baharu itu mula dibentuk.
Shannon tidak seperti Bush. Dia bukan ahli perniagaan, bukan pembina empayar akademik, mahupun pentadbir. Sepanjang hidupnya, dia menyukai permainan, teka-teki dan hiburan: catur, juggling, labirin, kriptografi. Seperti kebanyakan lelaki pada zamannya, semasa perang Shannon menumpukan dirinya kepada perniagaan yang serius: dia memegang jawatan di Bell Labs di bawah kontrak kerajaan, yang melindungi tubuhnya yang lemah daripada kerahan tenaga tentera. Penyelidikan beliau mengenai kawalan kebakaran dan kriptografi dalam tempoh ini membawa pula kepada kerja mani mengenai teori maklumat (yang tidak akan kami sentuh). Pada tahun 1950-an, apabila perang dan akibatnya reda, Shannon kembali mengajar di MIT, menghabiskan masa lapangnya pada lencongan: kalkulator yang berfungsi secara eksklusif dengan angka Rom; sebuah mesin, apabila dihidupkan, lengan mekanikal muncul daripadanya dan mematikan mesin itu.
Struktur mesin Rockefeller yang ditemui Shannon secara logiknya sama dengan penganalisis 1931, tetapi ia dibina daripada komponen fizikal yang sama sekali berbeza. Busch menyedari bahawa rod dan gear mekanikal dalam mesin lama mengurangkan kecekapan penggunaannya: untuk melakukan pengiraan, mesin itu perlu disediakan, yang memerlukan banyak jam kerja oleh mekanik mahir.
Penganalisis baharu telah kehilangan kelemahan ini. Reka bentuknya tidak berdasarkan meja dengan rod, tetapi pada komutator cakera silang, prototaip lebihan yang disumbangkan oleh Bell Labs. Daripada menghantar kuasa dari aci pusat, setiap modul integral digerakkan secara bebas oleh motor elektrik. Untuk mengkonfigurasi mesin untuk menyelesaikan masalah baharu, cukup dengan hanya mengkonfigurasi geganti dalam matriks koordinat untuk menyambungkan penyepadu dalam urutan yang dikehendaki. Pembaca pita tebuk (dipinjam daripada peranti telekomunikasi lain, teletaip roll) membaca konfigurasi mesin, dan litar geganti menukar isyarat daripada pita kepada isyarat kawalan untuk matriks—ia seperti menyediakan satu siri panggilan telefon antara penyepadu.
Mesin baharu itu bukan sahaja lebih pantas dan lebih mudah untuk disediakan, ia juga lebih pantas dan lebih tepat berbanding mesin sebelumnya. Dia boleh menyelesaikan masalah yang lebih kompleks. Hari ini komputer ini mungkin dianggap primitif, malah boros, tetapi pada masa itu nampaknya pemerhati adalah kecerdasan yang hebat - atau mungkin dahsyat - di tempat kerja:
Pada asasnya, ia adalah robot matematik. Automatik berkuasa elektrik direka bukan sahaja untuk melegakan otak manusia daripada beban pengiraan dan analisis yang berat, tetapi untuk menyerang dan menyelesaikan masalah matematik yang tidak dapat diselesaikan oleh minda.
Shannon menumpukan perhatian pada menukar data daripada pita kertas kepada arahan untuk "otak," dan litar geganti bertanggungjawab untuk operasi ini. Dia melihat kesesuaian antara struktur litar dan struktur matematik algebra Boolean, yang dia pelajari di sekolah siswazah di Michigan. Ini ialah algebra yang operannya ialah BETUL dan SALAH, dan oleh pengendali - DAN, ATAU, BUKAN dsb. Algebra yang sepadan dengan pernyataan logik.
Selepas menghabiskan musim panas tahun 1937 bekerja di Bell Labs di Manhattan (tempat yang sesuai untuk memikirkan tentang litar geganti), Shannon menulis tesis sarjananya bertajuk "A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits." Bersama-sama dengan kerja Alan Turing tahun sebelumnya, tesis Shannon membentuk asas sains pengkomputeran.
Pada tahun 1940-an dan 1950-an, Shannon membina beberapa mesin pengkomputeran/logik: kalkulator Roman THROBAC, mesin akhir permainan catur, dan Theseus, labirin yang melaluinya tetikus elektromekanikal bergerak (gambar)
Shannon mendapati bahawa sistem persamaan logik proposisi boleh terus ditukar secara mekanis kepada litar fizikal suis geganti. Dia membuat kesimpulan: "Hampir semua operasi yang boleh diterangkan dalam bilangan langkah yang terhad menggunakan perkataan JIKA, DAN, ATAU dsb., boleh dilakukan secara automatik menggunakan geganti.” Sebagai contoh, dua geganti suis terkawal disambungkan secara bersiri membentuk logik И: Arus akan mengalir melalui wayar utama hanya apabila kedua-dua elektromagnet diaktifkan untuk menutup suis. Pada masa yang sama, dua geganti disambungkan dalam bentuk selari Atau: Arus mengalir melalui litar utama, diaktifkan oleh salah satu elektromagnet. Output litar logik sedemikian boleh, seterusnya, mengawal elektromagnet geganti lain untuk menghasilkan operasi logik yang lebih kompleks seperti (A И B) atau (C И G).
Shannon mengakhiri disertasinya dengan lampiran yang mengandungi beberapa contoh litar yang dibuat menggunakan kaedahnya. Memandangkan operasi algebra Boolean sangat serupa dengan operasi aritmetik dalam perduaan (iaitu, menggunakan nombor perduaan), dia menunjukkan cara geganti boleh dipasang menjadi "penambah elektrik dalam perduaan"—kami memanggilnya sebagai penambah binari. Beberapa bulan kemudian, salah seorang saintis Bell Labs membina penambah sedemikian di atas meja dapurnya.
Stibitz
George Stibitz, seorang penyelidik di jabatan matematik di ibu pejabat Bell Labs di Manhattan, membawa pulang set peralatan aneh pada petang November yang gelap pada tahun 1937. Sel bateri kering, dua lampu kecil untuk panel perkakasan dan beberapa geganti Jenis U rata yang terdapat dalam tong sampah. Dengan menambahkan beberapa wayar dan beberapa sampah, dia memasang peranti yang boleh menambah dua nombor perduaan satu digit (diwakili oleh kehadiran atau ketiadaan voltan input) dan mengeluarkan nombor dua digit menggunakan mentol lampu: satu untuk hidup, sifar untuk off.
Двоичный сумматор Штибица
Stiebitz, seorang ahli fizik melalui latihan, diminta menilai sifat fizikal magnet geganti. Dia tidak mempunyai pengalaman sebelumnya dengan geganti sama sekali dan mulakan dengan mengkaji penggunaannya dalam litar telefon Bell. George tidak lama kemudian menyedari persamaan antara beberapa litar dan operasi aritmetik binari. Tertarik, dia memasang projek sampingannya di atas meja dapur.
Pada mulanya, kebolehan Stiebitz dengan geganti menimbulkan sedikit minat dalam kalangan pengurusan Bell Labs. Tetapi pada tahun 1938, ketua kumpulan penyelidik bertanya kepada George sama ada kalkulatornya boleh digunakan untuk operasi aritmetik dengan nombor kompleks (cth. a+biJika i ialah punca kuasa dua bagi nombor negatif). Ternyata beberapa jabatan pengkomputeran di Bell Labs sudah mengerang kerana mereka sentiasa perlu mendarab dan membahagi nombor tersebut. Mendarab satu nombor kompleks memerlukan empat operasi aritmetik pada kalkulator desktop, pembahagian memerlukan 16 operasi. Stibitz berkata dia boleh menyelesaikan masalah itu dan mereka bentuk litar mesin untuk pengiraan sedemikian.
Reka bentuk akhir, yang terkandung dalam logam oleh jurutera telefon Samuel Williams, dipanggil Komputer Nombor Kompleks - atau ringkasnya Komputer Kompleks - dan dilancarkan pada tahun 1940. 450 geganti digunakan untuk pengiraan, keputusan perantaraan disimpan dalam sepuluh suis koordinat. Data telah dimasukkan dan diterima menggunakan teletaip roll. Jabatan Bell Labs memasang tiga teletaip sedemikian, yang menunjukkan keperluan besar untuk kuasa pengkomputeran. Geganti, matriks, teletaip - dalam semua cara ia adalah produk sistem Bell.
Jam terbaik Kompleks Komputer berlaku pada 11 September 1940. Stiebitz membentangkan laporan mengenai komputer pada mesyuarat Persatuan Matematik Amerika di Dartmouth College. Dia bersetuju bahawa teletaip akan dipasang di sana dengan sambungan telegraf ke Complex Computer di Manhattan, 400 kilometer jauhnya. Mereka yang berminat boleh pergi ke teletaip, masukkan syarat masalah pada papan kekunci dan lihat bagaimana dalam masa kurang daripada satu minit teletaip itu secara ajaib mencetak hasilnya. Antara mereka yang menguji produk baharu itu ialah John Mauchly dan John von Neumann, yang masing-masing akan memainkan peranan penting dalam meneruskan kisah kami.
Para peserta mesyuarat melihat gambaran ringkas tentang dunia masa depan. Kemudian, komputer menjadi sangat mahal sehingga pentadbir tidak lagi mampu untuk membiarkan mereka duduk melahu manakala pengguna menggaru dagunya di hadapan konsol pengurusan, tertanya-tanya apa yang perlu ditaip seterusnya. Sepanjang 20 tahun akan datang, saintis akan berfikir tentang cara membina komputer tujuan umum yang akan sentiasa menunggu anda untuk memasukkan data ke dalamnya, walaupun semasa mengerjakan sesuatu yang lain. Dan kemudian 20 tahun lagi akan berlalu sehingga mod pengkomputeran interaktif ini menjadi urutan hari ini.
Stiebitz di belakang Terminal Interaktif Dartmouth pada tahun 1960-an. Kolej Dartmouth adalah perintis dalam pengkomputeran interaktif. Stiebitz menjadi profesor kolej pada tahun 1964
Adalah menghairankan bahawa, walaupun masalah yang diselesaikannya, Kompleks Komputer, mengikut piawaian moden, bukanlah komputer sama sekali. Ia boleh melakukan operasi aritmetik pada nombor kompleks dan mungkin menyelesaikan masalah lain yang serupa, tetapi bukan masalah tujuan umum. Ia tidak boleh diprogramkan. Dia tidak boleh melakukan operasi secara rawak atau berulang kali. Ia adalah kalkulator yang mampu melakukan pengiraan tertentu dengan lebih baik daripada pendahulunya.
Dengan meletusnya Perang Dunia II, Bell, di bawah pimpinan Stiebitz, mencipta satu siri komputer yang dipanggil Model II, Model III dan Model IV (Komputer Kompleks, oleh itu, dinamakan Model I). Kebanyakannya dibina atas permintaan Jawatankuasa Penyelidikan Pertahanan Kebangsaan, dan ia diketuai oleh Vannevar Bush. Stibitz menambah baik reka bentuk mesin dari segi fleksibiliti fungsi dan kebolehprograman yang lebih besar.
Sebagai contoh, Kalkulator Balistik (kemudian Model III) telah dibangunkan untuk keperluan sistem kawalan kebakaran anti-pesawat. Ia mula beroperasi pada tahun 1944 di Fort Bliss, Texas. Peranti itu mengandungi 1400 geganti dan boleh melaksanakan program operasi matematik yang ditentukan oleh urutan arahan pada pita kertas bergelung. Pita dengan data input dibekalkan secara berasingan, dan data jadual dibekalkan secara berasingan. Ini memungkinkan untuk mencari nilai dengan cepat, sebagai contoh, fungsi trigonometri tanpa pengiraan sebenar. Jurutera loceng membangunkan litar carian khas (litar memburu) yang mengimbas pita ke hadapan/belakang dan mencari alamat nilai jadual yang dikehendaki, tanpa mengira pengiraan. Stibitz mendapati bahawa komputer Model IIInya, mengklik geganti siang dan malam, menggantikan 25-40 komputer.
Rak Geganti Model Loceng III
Kereta Model V tidak lagi sempat melihat perkhidmatan tentera. Ia telah menjadi lebih serba boleh dan berkuasa. Jika kita menilai bilangan komputer yang digantikannya, maka ia adalah kira-kira sepuluh kali lebih besar daripada Model III. Beberapa modul pengkomputeran dengan 9 ribu geganti boleh menerima data input daripada beberapa stesen, di mana pengguna memasuki syarat tugas yang berbeza. Setiap stesen sedemikian mempunyai satu pembaca pita untuk kemasukan data dan lima untuk arahan. Ini membolehkan anda memanggil pelbagai subrutin daripada pita utama semasa mengira tugasan. Modul kawalan utama (pada asasnya adalah analog sistem pengendalian) mengedarkan arahan antara modul pengkomputeran bergantung pada ketersediaannya, dan program boleh melaksanakan cawangan bersyarat. Ia bukan lagi sekadar kalkulator.
Tahun Keajaiban: 1937
Tahun 1937 boleh dianggap sebagai titik perubahan dalam sejarah pengkomputeran. Pada tahun itu, Shannon dan Stibitz melihat persamaan antara litar geganti dan fungsi matematik. Penemuan ini menyebabkan Bell Labs mencipta satu siri mesin digital yang penting. Ia adalah sejenis - atau bahkan penggantian - apabila penyampai telefon sederhana, tanpa mengubah bentuk fizikalnya, menjadi penjelmaan matematik dan logik abstrak.
Pada tahun yang sama dalam terbitan Januari penerbitan Prosiding Persatuan Matematik London menerbitkan artikel oleh ahli matematik British Alan Turing “On computable numbers in relation to "(Mengenai Nombor Boleh Dikira, Dengan Aplikasi untuk Masalah Entscheidung). Ia menggambarkan mesin pengkomputeran universal: penulis berpendapat bahawa ia boleh melakukan tindakan yang secara logiknya setara dengan tindakan komputer manusia. Turing, yang telah memasuki sekolah siswazah di Universiti Princeton pada tahun sebelumnya, juga tertarik dengan litar geganti. Dan, seperti Bush, dia bimbang tentang ancaman perang yang semakin meningkat dengan Jerman. Jadi dia mengambil projek kriptografi sampingan—pengganda binari yang boleh digunakan untuk menyulitkan komunikasi ketenteraan. Turing membinanya daripada geganti yang dipasang di kedai mesin universiti.
Juga pada tahun 1937, Howard Aiken sedang memikirkan tentang mesin pengkomputeran automatik yang dicadangkan. Seorang pelajar siswazah kejuruteraan elektrik Harvard, Aiken melakukan pengiraan yang saksama dengan hanya menggunakan kalkulator mekanikal dan buku bercetak jadual matematik. Dia mencadangkan reka bentuk yang akan menghapuskan rutin ini. Tidak seperti peranti pengkomputeran sedia ada, ia sepatutnya memproses proses secara automatik dan kitaran, menggunakan hasil pengiraan sebelumnya sebagai input kepada yang seterusnya.
Sementara itu, di Syarikat Elektrik Nippon, jurutera telekomunikasi Akira Nakashima telah meneroka hubungan antara litar geganti dan matematik sejak 1935. Akhirnya, pada tahun 1938, beliau secara bebas membuktikan kesetaraan litar geganti dengan algebra Boolean, yang telah ditemui Shannon setahun sebelumnya.
Di Berlin, Konrad Zuse, bekas jurutera pesawat yang bosan dengan pengiraan yang tidak berkesudahan yang diperlukan di tempat kerja, sedang mencari dana untuk membina komputer kedua. Dia tidak dapat memastikan peranti mekanikal pertamanya, V1, berfungsi dengan baik, jadi dia ingin membuat komputer geganti, yang dibangunkannya bersama rakannya, jurutera telekomunikasi Helmut Schreyer.
Fleksibiliti penyampai telefon, kesimpulan tentang logik matematik, keinginan minda yang cerah untuk menghilangkan kerja yang membosankan minda - semua ini saling berkaitan dan membawa kepada kemunculan idea jenis mesin logik baru.
Generasi Terlupakan
Hasil penemuan dan perkembangan 1937 terpaksa masak selama beberapa tahun. Perang terbukti sebagai baja yang paling berkuasa, dan dengan kemunculannya, komputer geganti mula muncul di mana-mana sahaja kepakaran teknikal yang diperlukan wujud. Logik matematik menjadi trellis untuk anggur kejuruteraan elektrik. Bentuk baharu mesin pengkomputeran boleh atur cara muncul—lakaran pertama komputer moden.
Sebagai tambahan kepada mesin Stiebitz, menjelang 1944 AS boleh berbangga dengan Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), hasil daripada cadangan Aiken. Nama berganda timbul kerana kemerosotan hubungan antara akademia dan industri: semua orang menuntut hak ke atas peranti itu. Mark I/ASCC menggunakan litar kawalan geganti, tetapi unit aritmetik utama adalah berdasarkan seni bina kalkulator mekanikal IBM. Kenderaan itu dicipta untuk keperluan Biro Pembinaan Kapal AS. Penggantinya, Mark II, mula beroperasi pada tahun 1948 di tapak ujian Tentera Laut, dan semua operasinya berdasarkan sepenuhnya pada geganti-13 geganti.
Semasa perang, Zuse membina beberapa komputer geganti, semakin kompleks. Kemuncaknya ialah V4, yang, seperti Bell Model V, termasuk tetapan untuk memanggil subrutin dan melaksanakan cawangan bersyarat. Oleh kerana kekurangan bahan di Jepun, tiada satu pun reka bentuk Nakashima dan rakan senegaranya direalisasikan dalam logam sehingga negara itu pulih daripada perang. Pada tahun 1950-an, Kementerian Perdagangan Luar Negeri dan Industri yang baru dibentuk membiayai penciptaan dua mesin geganti, yang kedua adalah raksasa dengan 20 ribu geganti. Fujitsu, yang mengambil bahagian dalam penciptaan, telah membangunkan produk komersialnya sendiri.
Hari ini mesin ini hampir dilupakan sepenuhnya. Hanya satu nama yang kekal dalam ingatan - ENIAC. Sebab untuk dilupakan tidak berkaitan dengan kerumitan, atau keupayaan, atau kelajuan mereka. Sifat pengiraan dan logik geganti, yang ditemui oleh saintis dan penyelidik, digunakan pada sebarang jenis peranti yang boleh bertindak sebagai suis. Dan kebetulan peranti lain yang serupa telah tersedia - elektronik suis yang boleh beroperasi ratusan kali lebih pantas daripada geganti.
Kepentingan Perang Dunia II dalam sejarah pengkomputeran sepatutnya sudah jelas. Perang yang paling dahsyat menjadi dorongan untuk pembangunan mesin elektronik. Pelancarannya membebaskan sumber yang diperlukan untuk mengatasi kelemahan suis elektronik yang jelas. Pemerintahan komputer elektromekanikal adalah jangka pendek. Seperti Titan, mereka digulingkan oleh anak-anak mereka. Seperti geganti, pensuisan elektronik timbul daripada keperluan industri telekomunikasi. Dan untuk mengetahui dari mana asalnya, kita mesti memutar semula sejarah kita ke detik di awal era radio.
Sumber: www.habr.com