I vår beskrev fremveksten av automatiske telefonbrytere, som ble kontrollert ved hjelp av relékretser. Denne gangen vil vi snakke om hvordan forskere og ingeniører utviklet relékretser i den første – nå glemte – generasjonen av digitale datamaskiner.
Stafett på sitt senit
Hvis du husker det, er driften av et relé basert på et enkelt prinsipp: en elektromagnet driver en metallbryter. Ideen om et stafett ble uavhengig foreslått av flere naturforskere og gründere i telegrafbransjen på 1830-tallet. Så, på midten av XNUMX-tallet, gjorde oppfinnere og mekanikere reléer til en pålitelig og uunnværlig komponent i telegrafnettverk. Det var i dette området at livet til stafetten nådde sitt høydepunkt: den ble miniatyrisert, og generasjoner av ingeniører skapte et mylder av design mens de formelt trente i matematikk og fysikk.
På begynnelsen av 1870-tallet inneholdt ikke bare automatiske koblingssystemer, men også nesten alt utstyr for telefonnettverk en form for relé. En av de tidligste bruksområdene i telefonkommunikasjon går tilbake til XNUMX-tallet, i manuelle sentralbord. Da abonnenten snudde telefonhåndtaket (magneto-håndtaket), ble det sendt et signal til telefonsentralen som slo på blenderen. En blanker er et relé som, når det utløses, får en metallklaff til å falle ned på telefonoperatørens koblingsbord, noe som indikerer et innkommende anrop. Så satte den unge operatøren pluggen inn i kontakten, releet ble tilbakestilt, hvoretter det var mulig å heve klaffen igjen, som ble holdt i denne posisjonen av elektromagneten.
I 1924, skrev to Bell-ingeniører, serverte den typiske manuelle telefonsentralen rundt 10 40 abonnenter. Utstyret hennes inneholdt 65-10 tusen reléer, hvis totale magnetiske kraft var "tilstrekkelig til å løfte XNUMX tonn." I store telefonsentraler med maskinsvitsjer ble disse egenskapene multiplisert med to. Mange millioner reléer ble brukt i hele det amerikanske telefonsystemet, og antallet økte stadig etter hvert som telefonsentralene ble automatisert. Én telefonforbindelse kan betjenes av fra noen få til flere hundre reléer, avhengig av antall og utstyr til de involverte telefonsentralene.
Fabrikkene til Western Electric, et produksjonsdatterselskap av Bell Corporation, produserte et stort utvalg reléer. Ingeniører har laget så mange modifikasjoner at de mest sofistikerte hundeoppdrettere eller dueholdere ville misunne denne varianten. Driftshastigheten og følsomheten til reléet ble optimalisert, og dimensjonene ble redusert. I 1921 produserte Western Electric nesten 5 millioner reléer av hundre grunnleggende typer. Den mest populære var Type E universalrelé, en flat, nesten rektangulær enhet som veide flere titalls gram. For det meste var den laget av stemplede metalldeler, det vil si at den var teknologisk avansert i produksjonen. Huset beskyttet kontaktene mot støv og induserte strømmer fra tilstøtende enheter: vanligvis ble reléene montert nær hverandre, i stativer med hundrevis og tusenvis av releer. Det ble utviklet totalt 3 Type E-varianter, hver med forskjellige viklings- og kontaktkonfigurasjoner.
Snart begynte disse reléene å bli brukt i de mest komplekse bryterne.
Koordinat kommutator
I 1910 hadde Gotthilf Betulander, ingeniør ved Royal Telegrafverket, det statlige selskapet som kontrollerte det meste av det svenske telefonmarkedet (i flere tiår, nesten hele det), en idé. Han mente at han kunne forbedre effektiviteten av Telegrafverkets virksomhet betraktelig ved å bygge automatiske koblingssystemer helt basert på releer. Mer presist, på relématriser: gitter av stålstenger koblet til telefonlinjer, med reléer i skjæringspunktene mellom stengene. En slik bryter bør være raskere, mer pålitelig og enklere å vedlikeholde enn systemer basert på glidende eller roterende kontakter.
Dessuten kom Betulander på ideen om at det var mulig å skille utvalgs- og koblingsdelene av systemet i uavhengige relékretser. Og resten av systemet skal kun brukes til å etablere en talekanal, og deretter frigjøres til å håndtere en annen samtale. Det vil si at Betulander kom opp med en idé som senere ble kalt "felles kontroll".
Han kalte kretsen som lagrer det innkommende anropsnummeret "opptaker" (et annet begrep er register). Og kretsen som finner og "merker" en tilgjengelig forbindelse i nettet kalles en "markør". Forfatteren patenterte systemet sitt. Flere slike stasjoner dukket opp i Stockholm og London. Og i 1918 lærte Betulander om en amerikansk innovasjon: koordinatbryteren, laget av Bell-ingeniøren John Reynolds fem år tidligere. Denne bryteren var veldig lik Betulanders design, men den brukte n+m servicerelé n+m matriksnoder, noe som var mye mer praktisk for videre utvidelse av telefonsentraler. Når du opprettet en forbindelse, klemte holdestangen pianostrengen "fingrene" og valgstangen flyttet langs matrisen for å koble til en annen samtale. Året etter inkorporerte Betulander denne ideen i bryterdesignet sitt.
Men de fleste ingeniører anså Betulanders skapelse som merkelig og unødvendig kompleks. Da det var på tide å velge et koblingssystem for å automatisere nettverkene til Sveriges største byer, valgte Telegrafverket et design utviklet av Ericsson. Betulander-svitsjer ble bare brukt i små telefonsentraler i landlige områder: reléene var mer pålitelige enn den motoriserte automatiseringen av Ericsson-svitsjer og krevde ikke vedlikeholdsteknikere ved hver sentral.
Imidlertid hadde amerikanske telefoningeniører en annen oppfatning om denne saken. I 1930 kom Bell Labs-spesialister til Sverige og var "veldig imponert over parametrene til koordinatbrytermodulen." Da amerikanerne kom tilbake, begynte de umiddelbart å jobbe med det som ble kjent som koordinatsystemet nr. 1, og erstattet panelbrytere i store byer. I 1938 ble to slike systemer installert i New York. De ble snart standardutstyr for bytelefonsentraler, inntil elektroniske brytere erstattet dem mer enn 30 år senere.
Den mest interessante komponenten til X-Switch nr. 1 var en ny, mer kompleks markør utviklet hos Bell. Det var ment å søke etter en ledig rute fra den som ringer til den som ringte gjennom flere koordinatmoduler koblet til hverandre, og dermed opprette en telefonforbindelse. Markøren måtte også teste hver tilkobling for ledig/opptatt-tilstand. Dette krevde bruk av betinget logikk. Som historikeren Robert Chapuis skrev:
Valget er betinget fordi en ledig tilkobling bare holdes hvis den gir tilgang til et nett som har en ledig tilkobling til neste nivå som utgang. Hvis flere sett med tilkoblinger tilfredsstiller de ønskede betingelsene, velger "preferanselogikken" en av de færreste tilkoblingene...
Koordinatbryteren er et godt eksempel på kryssbefruktning av teknologiske ideer. Betulander skapte sin all-relé-bryter, og forbedret den deretter med en Reynolds-svitsjematrise og beviste ytelsen til det resulterende designet. AT&T-ingeniører redesignet senere denne hybridsvitsjen, forbedret den og skapte koordinatsystem nr. 1. Dette systemet ble deretter en del av to tidlige datamaskiner, hvorav den ene nå er kjent som en milepæl i databehandlingens historie.
Matematisk arbeid
For å forstå hvordan og hvorfor reléer og deres elektroniske fettere bidro til å revolusjonere databehandling, trenger vi et kort inntog i kalkulusverdenen. Etter det vil det bli klart hvorfor det var et skjult krav om optimalisering av databehandlingsprosesser.
Ved begynnelsen av XNUMX-tallet var hele systemet med moderne vitenskap og ingeniørkunst basert på arbeidet til tusenvis av mennesker som utførte matematiske beregninger. De ble oppringt datamaskiner (datamaskiner) [For å unngå forvirring vil begrepet bli brukt gjennom hele teksten kalkulatorer. - Merk. kjørefelt]. Tilbake på 1820-tallet skapte Charles Babbage (selv om apparatet hans hadde ideologiske forgjengere). Hovedoppgaven var å automatisere konstruksjonen av matematiske tabeller, for eksempel for navigasjon (beregning av trigonometriske funksjoner ved polynomtilnærminger ved 0 grader, 0,01 grader, 0,02 grader, etc.). Det var også stor etterspørsel etter matematiske beregninger i astronomi: det var nødvendig å behandle råresultater av teleskopiske observasjoner i faste områder av himmelsfæren (avhengig av tidspunkt og dato for observasjoner) eller bestemme banene til nye objekter (for eksempel, Halleys komet).
Siden Babbages tid har behovet for datamaskiner økt mange ganger. Elektriske kraftselskaper trengte å forstå oppførselen til kraftoverføringssystemer i ryggrad med ekstremt komplekse dynamiske egenskaper. Bessemer stålvåpen, som var i stand til å kaste granater over horisonten (og derfor, takket være direkte observasjon av målet, ble de ikke lenger rettet), krevde stadig mer nøyaktige ballistiske tabeller. Nye statistiske verktøy som involverte store mengder matematiske beregninger (som metoden for minste kvadrater) ble i økende grad tatt i bruk både i vitenskapen og i det voksende regjeringsapparatet. Dataavdelinger dukket opp på universiteter, offentlige etater og industribedrifter, som vanligvis rekrutterte kvinner.
Mekaniske kalkulatorer gjorde bare problemet med beregninger lettere, men løste det ikke. Kalkulatorer satte fart på aritmetiske operasjoner, men ethvert komplekst vitenskapelig eller teknisk problem krevde hundrevis eller tusenvis av operasjoner, som hver av den (menneskelige) kalkulatoren måtte utføre manuelt, og registrere alle mellomresultater nøye.
Flere faktorer bidro til fremveksten av nye tilnærminger til problemet med matematiske beregninger. Unge forskere og ingeniører, som smertelig beregnet oppgavene sine om natten, ønsket å gi hendene og øynene en hvile. Prosjektledere ble tvunget til å betale ut mer og mer penger for lønnen til en rekke datamaskiner, spesielt etter første verdenskrig. Til slutt var mange avanserte vitenskapelige og tekniske problemer vanskelig å beregne for hånd. Alle disse faktorene førte til opprettelsen av en serie datamaskiner, arbeidet med disse ble utført under ledelse av Vannevar Bush, en elektroingeniør ved Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Differensialanalysator
Frem til dette punktet har historien ofte vært upersonlig, men nå skal vi begynne å snakke mer om spesifikke personer. Berømmelse gikk over skaperne av panelbryteren, Type E-reléet og fiducial markørkretsen. Ikke engang biografiske anekdoter har overlevd om dem. Det eneste offentlig tilgjengelige beviset på deres liv er de fossile restene av maskinene de skapte.
Vi kan nå få en dypere forståelse av mennesker og deres fortid. Men vi vil ikke lenger møte de som jobbet hardt på loftene og verkstedene hjemme – Morse og Vail, Bell og Watson. Ved slutten av første verdenskrig var æraen med heroiske oppfinnere nesten over. Thomas Edison kan betraktes som en overgangsfigur: i begynnelsen av karrieren var han en innleid oppfinner, og mot slutten av det ble han eier av en "oppfinnelsesfabrikk." Da hadde utviklingen av de mest bemerkelsesverdige nye teknologiene blitt organisasjonens domene – universiteter, bedriftsforskningsavdelinger, offentlige laboratorier. Menneskene vi skal snakke om i denne delen tilhørte slike organisasjoner.
For eksempel Vannevar Bush. Han ankom MIT i 1919, da han var 29 år gammel. Litt mer enn 20 år senere var han en av personene som påvirket USAs deltakelse i andre verdenskrig og bidro til å øke statlig finansiering, noe som for alltid endret forholdet mellom regjeringen, akademia og utviklingen av vitenskap og teknologi. Men for denne artikkelens formål er vi interessert i en serie maskiner som ble utviklet i Bush-laboratoriet fra midten av 1920-tallet og var ment å løse problemet med matematiske beregninger.
MIT, som nylig hadde flyttet fra sentrum av Boston til Charles River-stranden i Cambridge, var tett på linje med industriens behov. Bush selv, i tillegg til professoratet, hadde økonomiske interesser i flere virksomheter innen elektronikkfeltet. Så det burde ikke komme som noen overraskelse at problemet som førte til at Busch og studentene hans jobbet med den nye dataenheten oppsto i energiindustrien: simulering av oppførselen til overføringslinjer under toppbelastningsforhold. Dette var åpenbart bare en av mange mulige bruksområder for datamaskiner: kjedelige matematiske beregninger ble utført overalt.
Busch og hans kolleger bygde først to maskiner kalt produktintegrafer. Men den mest kjente og suksessrike MIT-maskinen var en annen - differensialanalysator, ferdigstilt i 1931. Han løste problemer med overføring av elektrisitet, beregnet banene til elektroner, banene til kosmisk stråling i jordens magnetfelt og mye mer. Forskere over hele verden, med behov for datakraft, skapte dusinvis av kopier og varianter av differensialanalysatoren på 1930-tallet. Noen er til og med fra Meccano (den engelske analogen til de amerikanske barnebyggesettene til merket ).
En differensialanalysator er en analog datamaskin. Matematiske funksjoner ble beregnet ved hjelp av roterende metallstenger, rotasjonshastigheten til hver av dem reflekterte en viss kvantitativ verdi. Motoren drev en uavhengig stang - en variabel (vanligvis representerte den tid), som i sin tur roterte andre stenger (forskjellige differensialvariabler) gjennom mekaniske forbindelser, og en funksjon ble beregnet basert på inngangsrotasjonshastigheten. Resultatene av beregningene ble tegnet på papir i form av kurver. De viktigste komponentene var integratorene – hjul som roterte som skiver. Integratorer kunne beregne integralet til en kurve uten kjedelige manuelle beregninger.
Differensialanalysator. Integrert modul - med hevet lokk, på siden av vinduet er det tabeller med resultater av beregninger, og i midten - et sett med datastaver
Ingen av analysatorkomponentene inneholdt diskrete koblingsreléer eller noen digitale brytere. Så hvorfor snakker vi om denne enheten? Svaret er fjerde familiebil.
På begynnelsen av 1930-tallet begynte Bush å fri til Rockefeller Foundation for å skaffe midler til videreutvikling av analysatoren. Warren Weaver, stiftelsens leder for naturvitenskap, var i utgangspunktet ikke overbevist. Ingeniørfag var ikke hans kompetanseområde. Men Busch fremhevet den nye maskinens ubegrensede potensial for vitenskapelige anvendelser – spesielt innen matematisk biologi, Weavers kjæledyrprosjekt. Bush lovet også en rekke forbedringer til analysatoren, inkludert "evnen til å raskt bytte analysatoren fra ett problem til et annet, som et telefonsentralbord." I 1936 ble innsatsen hans belønnet med et stipend på 85 XNUMX dollar for å lage en ny enhet, som senere ble kalt Rockefeller Differential Analyzer.
Som en praktisk datamaskin var ikke denne analysatoren noe stort gjennombrudd. Bush, som ble MITs visepresident og dekan for ingeniørfag, kunne ikke vie mye tid til å lede utviklingen. Faktisk trakk han seg snart tilbake, og begynte som styreleder for Carnegie Institution i Washington. Bush ante at krigen nærmet seg, og han hadde flere vitenskapelige og industrielle ideer som kunne tjene militærets behov. Det vil si at han ønsket å være nærmere maktens sentrum, hvor han mer effektivt kunne påvirke løsningen av visse spørsmål.
Samtidig ble de tekniske problemene diktert av det nye designet løst av laboratoriepersonalet, og de begynte snart å bli omdirigert til å arbeide med militære problemer. Rockefeller-maskinen ble fullført først i 1942. Militæret fant det nyttig for in-line produksjon av ballistiske bord for artilleri. Men snart ble denne enheten overskygget rent digital datamaskiner - som ikke representerer tall som fysiske størrelser, men abstrakt, ved å bruke bryterposisjoner. Det skjedde bare at selve Rockefeller-analysatoren brukte ganske mange lignende brytere, bestående av relékretser.
Shannon
I 1936 var Claude Shannon bare 20 år gammel, men han var allerede uteksaminert fra University of Michigan med en bachelorgrad i elektroteknikk og matematikk. Han ble brakt til MIT av en flyer festet til en oppslagstavle. Vannevar Bush lette etter en ny assistent for å jobbe med differensialanalysatoren. Shannon sendte inn søknaden sin uten å nøle og jobbet snart med nye problemer før den nye enheten begynte å ta form.
Shannon var ingenting som Bush. Han var verken en forretningsmann, eller en akademisk imperiumbygger, eller en administrator. Hele livet elsket han spill, gåter og underholdning: sjakk, sjonglering, labyrinter, kryptogrammer. Som mange menn i sin tid, under krigen viet Shannon seg til seriøs virksomhet: han hadde en stilling ved Bell Labs under en regjeringskontrakt, som beskyttet hans skrøpelige kropp mot militær verneplikt. Hans forskning på brannkontroll og kryptografi i denne perioden førte igjen til banebrytende arbeid med informasjonsteori (som vi ikke skal berøre). På 1950-tallet, da krigen og dens etterspill avtok, vendte Shannon tilbake til undervisningen ved MIT, og brukte fritiden sin på avledninger: en kalkulator som utelukkende fungerte med romertall; en maskin, når den ble slått på, dukket en mekanisk arm opp fra den og slo av maskinen.
Strukturen til Rockefeller-maskinen som Shannon møtte var logisk sett den samme som analysatoren fra 1931, men den ble bygget av helt andre fysiske komponenter. Busch innså at stengene og de mekaniske girene i eldre maskiner reduserte effektiviteten av bruken: For å utføre beregninger måtte maskinen settes opp, noe som krevde mange arbeidstimer av dyktige mekanikere.
Den nye analysatoren har mistet denne ulempen. Designet var ikke basert på et bord med stenger, men på en cross-disc kommutator, en overskuddsprototype donert av Bell Labs. I stedet for å overføre kraft fra en sentral aksel, ble hver integrert modul uavhengig drevet av en elektrisk motor. For å konfigurere maskinen til å løse et nytt problem, var det nok å konfigurere reléene i koordinatmatrisen for å koble integratorene i ønsket rekkefølge. En stanset båndleser (lånt fra en annen telekommunikasjonsenhet, rulleteletypen) leste maskinens konfigurasjon, og en relékrets konverterte signalet fra båndet til kontrollsignaler for matrisen – det var som å sette opp en serie telefonsamtaler mellom integratorer.
Den nye maskinen var ikke bare mye raskere og enklere å sette opp, den var også raskere og mer nøyaktig enn forgjengeren. Hun kunne løse mer komplekse problemer. I dag kan denne datamaskinen betraktes som primitiv, til og med ekstravagant, men på den tiden så det ut for observatører å være en stor – eller kanskje forferdelig – intelligens på jobben:
I utgangspunktet er det en matematisk robot. En elektrisk drevet automat designet ikke bare for å avlaste den menneskelige hjernen for byrden med tunge beregninger og analyser, men for å angripe og løse matematiske problemer som ikke kan løses av sinnet.
Shannon konsentrerte seg om å konvertere data fra papirbåndet til instruksjoner for "hjernen", og relékretsen var ansvarlig for denne operasjonen. Han la merke til samsvaret mellom strukturen til kretsen og de matematiske strukturene til boolsk algebra, som han studerte på forskerskolen i Michigan. Dette er en algebra hvis operander var SANT og USANT, og av operatører - OG, ELLER, IKKE etc. Algebra tilsvarende logiske utsagn.
Etter å ha tilbrakt sommeren 1937 på å jobbe ved Bell Labs på Manhattan (et ideelt sted for å tenke på relékretser), skrev Shannon sin masteroppgave med tittelen "A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits." Sammen med Alan Turings arbeid året før, dannet Shannons avhandling grunnlaget for datavitenskap.
På 1940- og 1950-tallet bygde Shannon flere databehandlings-/logiske maskiner: den romerske kalkulatoren THROBAC, en sluttspillmaskin for sjakk og Theseus, en labyrint som en elektromekanisk mus beveget seg gjennom (bildet)
Shannon oppdaget at et system med proposisjonelle logiske ligninger kunne konverteres direkte mekanisk til en fysisk krets av relébrytere. Han konkluderte: "Nesten enhver operasjon som kan beskrives i et begrenset antall trinn ved å bruke ord HVIS, OG, ELLER etc., kan utføres automatisk ved hjelp av et relé." For eksempel danner to kontrollerte bryterreleer koblet i serie en logisk И: Strøm vil flyte gjennom hovedledningen bare når begge elektromagnetene er aktivert for å lukke bryterne. Samtidig er to releer koblet i parallell form ELLER: Strøm flyter gjennom hovedkretsen, aktivert av en av elektromagnetene. Utgangen fra en slik logisk krets kan i sin tur kontrollere elektromagnetene til andre reléer for å produsere mer komplekse logiske operasjoner som (A И B) eller (C И G).
Shannon avsluttet avhandlingen med et vedlegg som inneholder flere eksempler på kretsløp laget ved hjelp av metoden hans. Siden operasjonene til boolsk algebra ligner veldig på aritmetiske operasjoner i binær (dvs. ved å bruke binære tall), viste han hvordan et relé kunne settes sammen til en "elektrisk adderer i binær" - vi kaller det en binær adderer. Noen måneder senere bygde en av Bell Labs-forskerne en slik huggorm på kjøkkenbordet hans.
Stibitz
George Stibitz, en forsker ved matematikkavdelingen ved Bell Labs hovedkvarter på Manhattan, tok med seg et merkelig sett med utstyr hjem en mørk novemberkveld i 1937. Tørre battericeller, to små lys for maskinvarepanelene og et par flate Type U-reléer funnet i en søppelbøtte. Ved å legge til noen få ledninger og noe søppel, satte han sammen en enhet som kunne legge til to ettsifrede binære tall (representert ved tilstedeværelse eller fravær av en inngangsspenning) og sende ut et tosifret tall ved hjelp av lyspærer: en for på, null for av.
Binær Stiebitz huggorm
Stiebitz, en fysiker av utdannelse, ble bedt om å vurdere de fysiske egenskapene til relémagneter. Han hadde ingen tidligere erfaring med releer i det hele tatt, og begynte derfor med å studere bruken av dem i Bell-telefonkretser. George la snart merke til likheter mellom noen av kretsene og binære aritmetiske operasjoner. Interessert monterte han sideprosjektet sitt på kjøkkenbordet.
Til å begynne med vakte Stiebitz' drikking med stafetter liten interesse blant Bell Labs-ledelsen. Men i 1938 spurte lederen av forskningsgruppen George om kalkulatorene hans kunne brukes til aritmetiske operasjoner med komplekse tall (f. a+biDer i er kvadratroten av et negativt tall). Det viste seg at flere dataavdelinger ved Bell Labs allerede stønnet fordi de hele tiden måtte multiplisere og dele slike tall. Å multiplisere ett komplekst tall krevde fire aritmetiske operasjoner på en skrivebordskalkulator, divisjon krevde 16 operasjoner. Stibitz sa at han kunne løse problemet og designet en maskinkrets for slike beregninger.
Det endelige designet, som ble nedfelt i metall av telefoningeniør Samuel Williams, ble kalt Complex Number Computer - eller Complex Computer for korte - og ble lansert i 1940. 450 releer ble brukt til beregninger, mellomresultater ble lagret i ti koordinatbrytere. Data ble lagt inn og mottatt ved hjelp av en rulle teletype. Bell Labs avdelinger installerte tre slike teletyper, noe som indikerer et stort behov for datakraft. Reléer, matrise, teletyper - på alle måter var det et produkt av Bell-systemet.
Complex Computers fineste time inntraff 11. september 1940. Stiebitz presenterte en rapport på datamaskinen på et møte i American Mathematical Society ved Dartmouth College. Han gikk med på at det skulle installeres en teletype der med telegrafforbindelse til Complex Computer på Manhattan, 400 kilometer unna. De som er interesserte kan gå til teletypen, legge inn betingelsene for problemet på tastaturet og se hvordan teletypen på mindre enn et minutt skriver ut resultatet på magisk vis. Blant dem som testet det nye produktet var John Mauchly og John von Neumann, som hver av dem ville spille en viktig rolle i å fortsette historien vår.
Møtedeltakerne så et kort glimt av fremtidens verden. Senere ble datamaskiner så dyre at administratorer ikke lenger hadde råd til å la dem sitte stille mens brukeren klødde seg på haken foran administrasjonskonsollen og lurte på hva han skulle skrive videre. I løpet av de neste 20 årene vil forskere tenke på hvordan de kan bygge generelle datamaskiner som alltid vil vente på at du skal legge inn data i dem, selv mens de jobber med noe annet. Og så vil det gå ytterligere 20 år før denne interaktive modusen for databehandling blir dagens orden.
Stiebitz bak Dartmouth Interactive Terminal på 1960-tallet. Dartmouth College var en pioner innen interaktiv databehandling. Stiebitz ble universitetsprofessor i 1964
Det er overraskende at, til tross for problemene den løser, Complex Computer, etter moderne standarder, ikke er en datamaskin i det hele tatt. Den kan utføre aritmetiske operasjoner på komplekse tall og sannsynligvis løse andre lignende problemer, men ikke generelle problemer. Den var ikke programmerbar. Han kunne ikke utføre operasjoner i tilfeldig rekkefølge eller gjentatte ganger. Det var en kalkulator som var i stand til å gjøre visse beregninger mye bedre enn sine forgjengere.
Med utbruddet av andre verdenskrig skapte Bell, under ledelse av Stiebitz, en serie datamaskiner kalt Model II, Model III og Model IV (Complex Computer ble følgelig kalt Model I). De fleste av dem ble bygget etter anmodning fra National Defense Research Committee, og den ble ledet av ingen ringere enn Vannevar Bush. Stibitz forbedret utformingen av maskinene i form av større allsidighet av funksjoner og programmerbarhet.
For eksempel ble den ballistiske kalkulatoren (senere modell III) utviklet for behovene til anti-fly brannkontrollsystemer. Den ble satt i drift i 1944 i Fort Bliss, Texas. Enheten inneholdt 1400 reléer og kunne utføre et program med matematiske operasjoner bestemt av en sekvens av instruksjoner på et sløyfebånd. Et bånd med inngangsdata ble levert separat, og tabelldata ble levert separat. Dette gjorde det mulig å raskt finne verdiene til for eksempel trigonometriske funksjoner uten reelle beregninger. Bell-ingeniører utviklet spesielle søkekretser (jaktkretser) som skannet båndet fremover/bakover og søkte etter adressen til ønsket tabellverdi, uavhengig av beregningene. Stibitz fant ut at modell III-datamaskinen hans, som klikket på releer dag og natt, erstattet 25-40 datamaskiner.
Bell Model III reléstativer
Model V-bilen hadde ikke lenger tid til å se militærtjeneste. Den har blitt enda mer allsidig og kraftig. Hvis vi vurderer antall datamaskiner den erstattet, så var den omtrent ti ganger større enn Model III. Flere datamoduler med 9 tusen releer kunne motta inngangsdata fra flere stasjoner, der brukere la inn betingelsene for ulike oppgaver. Hver slik stasjon hadde en båndleser for datainntasting og fem for instruksjoner. Dette gjorde det mulig å kalle opp ulike subrutiner fra hovedbåndet ved beregning av en oppgave. Hovedkontrollmodulen (i hovedsak en analog av operativsystemet) distribuerte instruksjoner mellom datamoduler avhengig av deres tilgjengelighet, og programmer kunne utføre betingede grener. Det var ikke lenger bare en kalkulator.
Miraklenes år: 1937
Året 1937 kan betraktes som et vendepunkt i databehandlingens historie. Det året la Shannon og Stibitz merke til likheter mellom relékretser og matematiske funksjoner. Disse funnene førte til at Bell Labs laget en serie viktige digitale maskiner. Det var liksom - eller til og med substitusjon - da et beskjedent telefonrelé, uten å endre sin fysiske form, ble legemliggjørelsen av abstrakt matematikk og logikk.
Samme år i januarutgaven av publikasjonen Proceedings of the London Mathematical Society publiserte en artikkel av den britiske matematikeren Alan Turing «On computable numbers in relation to "(På beregnbare tall, med en applikasjon til Entscheidungsproblemet). Den beskrev en universell datamaskin: forfatteren hevdet at den kunne utføre handlinger som var logisk likeverdige med handlingene til menneskelige datamaskiner. Turing, som hadde gått på forskerskolen ved Princeton University året før, var også fascinert av stafettkretser. Og i likhet med Bush er han bekymret for den økende trusselen om krig med Tyskland. Så han tok på seg et sidekryptografiprosjekt - en binær multiplikator som kunne brukes til å kryptere militær kommunikasjon. Turing bygde den fra reléer satt sammen i universitetets maskinverksted.
Også i 1937 tenkte Howard Aiken på en foreslått automatisk datamaskin. En Harvard elektroingeniørstudent, Aiken gjorde sin rimelige andel av beregningene ved å bruke bare en mekanisk kalkulator og trykte bøker med matematiske tabeller. Han foreslo et design som ville eliminere denne rutinen. I motsetning til eksisterende dataenheter, var det ment å behandle prosesser automatisk og syklisk, ved å bruke resultatene fra tidligere beregninger som input til neste.
I mellomtiden, hos Nippon Electric Company, hadde telekommunikasjonsingeniør Akira Nakashima undersøkt forbindelsene mellom relékretser og matematikk siden 1935. Til slutt, i 1938, beviste han uavhengig ekvivalensen av relékretser til boolsk algebra, som Shannon hadde oppdaget et år tidligere.
I Berlin lette Konrad Zuse, en tidligere flyingeniør lei av de endeløse beregningene som kreves på jobben, etter midler til å bygge en annen datamaskin. Han klarte ikke å få sin første mekaniske enhet, V1, til å fungere pålitelig, så han ville lage en relédatamaskin, som han utviklet sammen med sin venn, telekommunikasjonsingeniør Helmut Schreyer.
Allsidigheten til telefonreléer, konklusjoner om matematisk logikk, lysten til lyse hoder om å kvitte seg med sinnslammende arbeid - alt dette flettet sammen og førte til fremveksten av ideen om en ny type logisk maskin.
Glemt generasjon
Fruktene av funnene og utviklingen i 1937 måtte modnes i flere år. Krig viste seg å være den kraftigste gjødselen, og med dens fremkomst begynte relédatamaskiner å dukke opp overalt hvor den nødvendige tekniske ekspertisen fantes. Matematisk logikk ble espalier for vinstokkene innen elektroteknikk. Nye former for programmerbare datamaskiner dukket opp - den første skissen av moderne datamaskiner.
I tillegg til Stiebitz sine maskiner kunne USA innen 1944 skryte av Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), et resultat av Aikens forslag. Dobbeltnavnet oppsto på grunn av forverringen av forholdet mellom akademia og industri: alle gjorde krav på enheten. Mark I/ASCC brukte relékontrollkretser, men den aritmetiske hovedenheten var basert på arkitekturen til IBMs mekaniske kalkulatorer. Kjøretøyet ble laget for behovene til US Bureau of Shipbuilding. Dens etterfølger, Mark II, begynte å operere i 1948 på et teststed for marinen, og alle operasjonene var utelukkende basert på reléer - 13 XNUMX reléer.
Under krigen bygde Zuse flere relédatamaskiner, stadig mer komplekse. Kulminasjonen var V4, som, i likhet med Bell Model V, inkluderte innstillinger for å ringe subrutiner og utførte betingede grener. På grunn av materialmangel i Japan ble ingen av designene til Nakashima og hans landsmenn realisert i metall før landet kom seg etter krigen. På 1950-tallet finansierte det nyopprettede departementet for utenrikshandel og industri opprettelsen av to relémaskiner, hvorav den andre var et monster med 20 tusen reléer. Fujitsu, som deltok i opprettelsen, har utviklet sine egne kommersielle produkter.
I dag er disse maskinene nesten helt glemt. Bare ett navn er igjen i minnet - ENIAC. Årsaken til glemselen er ikke relatert til deres kompleksitet, evner eller hastighet. De beregningsmessige og logiske egenskapene til reléer, oppdaget av forskere og forskere, gjelder for alle slags enheter som kan fungere som en bryter. Og så skjedde det at en annen lignende enhet var tilgjengelig - elektronisk en bryter som kan fungere hundrevis av ganger raskere enn et relé.
Betydningen av andre verdenskrig i databehandlingens historie burde allerede være åpenbar. Den mest forferdelige krigen ble drivkraften for utviklingen av elektroniske maskiner. Lanseringen frigjorde ressursene som trengs for å overvinne de åpenbare manglene ved elektroniske brytere. Regjeringen av elektromekaniske datamaskiner var kortvarig. I likhet med titanene ble de styrtet av barna sine. I likhet med releer, oppsto elektronisk veksling fra behovene til telekommunikasjonsindustrien. Og for å finne ut hvor den kom fra, må vi spole tilbake historien vår til et øyeblikk ved begynnelsen av radiotiden.
Kilde: www.habr.com