Na nossa descreveu o surgimento de centrais telefônicas automáticas, que eram controladas por meio de circuitos de relé. Desta vez queremos falar sobre como cientistas e engenheiros desenvolveram circuitos de relé na primeira - agora esquecida - geração de computadores digitais.
Relé em seu zênite
Se você se lembra, a operação de um relé é baseada em um princípio simples: um eletroímã aciona uma chave de metal. A ideia de um relé foi proposta de forma independente por vários naturalistas e empresários do ramo telegráfico na década de 1830. Então, em meados do século XIX, inventores e mecânicos transformaram os relés em um componente confiável e indispensável das redes telegráficas. Foi nesta área que a vida do relé atingiu o seu apogeu: ele foi miniaturizado e gerações de engenheiros criaram uma infinidade de projetos enquanto treinavam formalmente em matemática e física.
No início do século XX, não apenas os sistemas de comutação automática, mas também quase todos os equipamentos da rede telefônica continham algum tipo de relé. Um dos primeiros usos nas comunicações telefônicas remonta à década de 1870, em centrais manuais. Quando o assinante girava a manivela do telefone (manopla magnética), era enviado um sinal para a central telefônica, ligando o liquidificador. Um blanker é um relé que, quando acionado, faz com que uma aba metálica caia sobre a mesa de comutação da operadora de telefonia, indicando uma chamada recebida. Em seguida, a jovem operadora inseriu o plugue no conector, o relé foi zerado, após o que foi possível levantar novamente a aba, que era mantida nesta posição pelo eletroímã.
Em 1924, escreveram dois engenheiros da Bell, a central telefônica manual típica atendia cerca de 10 assinantes. Seu equipamento continha de 40 a 65 mil relés, cuja força magnética total era “suficiente para levantar 10 toneladas”. Nas grandes centrais telefônicas com comutadores automáticos, essas características eram multiplicadas por dois. Muitos milhões de retransmissores foram usados em todo o sistema telefônico dos EUA, e o número aumentava constantemente à medida que as centrais telefônicas eram automatizadas. Uma conexão telefônica pode ser atendida por algumas centenas de retransmissores, dependendo do número e do equipamento das centrais telefônicas envolvidas.
As fábricas da Western Electric, uma subsidiária de manufatura da Bell Corporation, produziam uma enorme variedade de relés. Os engenheiros criaram tantas modificações que os criadores de cães ou criadores de pombos mais sofisticados invejariam essa diversidade. A velocidade operacional e a sensibilidade do relé foram otimizadas e as dimensões foram reduzidas. Em 1921, a Western Electric produziu quase 5 milhões de relés de cem tipos básicos. O mais popular era o relé universal Tipo E, um dispositivo plano, quase retangular, que pesava várias dezenas de gramas. Na maior parte, era feito de peças metálicas estampadas, ou seja, era tecnologicamente avançado na produção. A caixa protegia os contatos contra poeira e correntes induzidas de dispositivos vizinhos: normalmente os relés eram montados próximos uns dos outros, em racks com centenas e milhares de relés. Um total de 3 variantes Tipo E foram desenvolvidas, cada uma com diferentes configurações de enrolamento e contato.
Logo esses relés começaram a ser utilizados nas chaves mais complexas.
Comutador de coordenadas
Em 1910, Gotthilf Betulander, engenheiro da Royal Telegrafverket, a empresa estatal que controlou a maior parte do mercado telefônico sueco (durante décadas, quase todo), teve uma ideia. Ele acreditava que poderia melhorar muito a eficiência das operações da Telegrafverket construindo sistemas de comutação automática inteiramente baseados em relés. Mais precisamente, em matrizes de relés: grades de hastes de aço conectadas a linhas telefônicas, com relés nas interseções das hastes. Tal interruptor deveria ser mais rápido, mais confiável e mais fácil de manter do que sistemas baseados em contatos deslizantes ou rotativos.
Além disso, Betulander teve a ideia de que era possível separar as partes de seleção e conexão do sistema em circuitos de relé independentes. E o resto do sistema deve ser usado apenas para estabelecer um canal de voz e depois ficar livre para atender outra chamada. Ou seja, Betulander teve uma ideia que mais tarde foi chamada de “controle comum”.
Ele chamou o circuito que armazena o número da chamada recebida de “gravador” (outro termo é registro). E o circuito que encontra e “marca” uma conexão disponível na rede é chamado de “marcador”. O autor patenteou seu sistema. Várias dessas estações apareceram em Estocolmo e Londres. E em 1918, Betulander aprendeu sobre uma inovação americana: a mudança de coordenadas, criada pelo engenheiro da Bell, John Reynolds, cinco anos antes. Essa opção era muito semelhante ao design de Betulander, mas usava n+m relé de serviço n+m nós matriciais, o que era muito mais conveniente para a expansão das centrais telefônicas. Ao fazer uma conexão, a barra de retenção segurava os "dedos" das cordas do piano e a barra de seleção movia-se ao longo da matriz para conectar-se a outra chamada. No ano seguinte, Betulander incorporou essa ideia em seu design de switch.
Mas a maioria dos engenheiros considerou a criação de Betulander estranha e desnecessariamente complexa. Quando chegou a hora de selecionar um sistema de comutação para automatizar as redes das maiores cidades da Suécia, a Telegrafverket escolheu um projeto desenvolvido pela Ericsson. As chaves Betulander eram utilizadas apenas em pequenas centrais telefônicas em áreas rurais: os relés eram mais confiáveis que a automação motorizada das chaves Ericsson e não exigiam técnicos de manutenção em cada central.
No entanto, os engenheiros telefônicos americanos tinham uma opinião diferente sobre esse assunto. Em 1930, os especialistas do Bell Labs vieram para a Suécia e ficaram “muito impressionados com os parâmetros do módulo de comutação de coordenadas”. Quando os americanos retornaram, eles imediatamente começaram a trabalhar no que ficou conhecido como sistema de coordenadas nº 1, substituindo os interruptores do painel nas grandes cidades. Em 1938, dois desses sistemas foram instalados em Nova York. Eles logo se tornaram equipamentos padrão para centrais telefônicas urbanas, até que interruptores eletrônicos os substituíram, mais de 30 anos depois.
O componente mais interessante do X-Switch No. 1 foi um marcador novo e mais complexo desenvolvido na Bell. Pretendia-se procurar um percurso livre do chamador ao chamado através de vários módulos de coordenadas interligados, criando assim uma ligação telefónica. O marcador também teve que testar cada conexão quanto ao estado livre/ocupado. Isso exigiu a aplicação de lógica condicional. Como escreveu o historiador Robert Chapuis:
A escolha é condicional porque uma ligação livre só é mantida se fornecer acesso a uma rede que tenha como saída uma ligação livre ao nível seguinte. Se vários conjuntos de conexões satisfizerem as condições desejadas, então a "lógica preferencial" seleciona uma das menores conexões...
A mudança de coordenadas é um ótimo exemplo de fertilização cruzada de ideias tecnológicas. Betulander criou sua chave totalmente com relés, depois aprimorou-a com uma matriz de comutação Reynolds e comprovou o desempenho do projeto resultante. Posteriormente, os engenheiros da AT&T redesenharam esse switch híbrido, aprimoraram-no e criaram o Sistema de Coordenadas nº 1. Esse sistema tornou-se então um componente de dois primeiros computadores, um dos quais é agora conhecido como um marco na história da computação.
Trabalho matemático
Para entender como e por que os relés e seus primos eletrônicos ajudaram a revolucionar a computação, precisamos de uma breve incursão no mundo do cálculo. Depois disso, ficará claro por que havia uma demanda oculta por otimização dos processos computacionais.
No início do século 20, todo o sistema da ciência e engenharia modernas baseava-se no trabalho de milhares de pessoas realizando cálculos matemáticos. Eles foram chamados computadores (computadores) [Para evitar confusão, o termo será utilizado ao longo do texto calculadoras. - Observação. faixa]. Na década de 1820, Charles Babbage criou (embora o seu aparelho tivesse antecessores ideológicos). A sua principal tarefa era automatizar a construção de tabelas matemáticas, por exemplo para navegação (cálculo de funções trigonométricas por aproximações polinomiais a 0 graus, 0,01 graus, 0,02 graus, etc.). Houve também uma grande demanda por cálculos matemáticos em astronomia: era necessário processar resultados brutos de observações telescópicas em áreas fixas da esfera celeste (dependendo da hora e data das observações) ou determinar as órbitas de novos objetos (por exemplo, Cometa Halley).
Desde a época de Babbage, a necessidade de computadores aumentou muitas vezes. As empresas de energia elétrica precisavam compreender o comportamento dos sistemas de transmissão de energia de base com propriedades dinâmicas extremamente complexas. Os canhões de aço Bessemer, capazes de lançar projéteis no horizonte (e, portanto, graças à observação direta do alvo, não eram mais apontados), exigiam tabelas balísticas cada vez mais precisas. Novas ferramentas estatísticas que envolviam grandes quantidades de cálculos matemáticos (como o método dos mínimos quadrados) foram cada vez mais utilizadas tanto na ciência como no crescente aparato governamental. Os departamentos de informática surgiram em universidades, agências governamentais e empresas industriais, que normalmente recrutavam mulheres.
As calculadoras mecânicas apenas facilitaram o problema dos cálculos, mas não o resolveram. As calculadoras aceleravam as operações aritméticas, mas qualquer problema científico ou de engenharia complexo exigia centenas ou milhares de operações, cada uma das quais a calculadora (humana) tinha de realizar manualmente, registrando cuidadosamente todos os resultados intermediários.
Vários fatores contribuíram para o surgimento de novas abordagens para o problema dos cálculos matemáticos. Jovens cientistas e engenheiros, que calculavam penosamente suas tarefas à noite, queriam descansar as mãos e os olhos. Os gerentes de projeto foram forçados a desembolsar cada vez mais dinheiro para pagar os salários de vários computadores, especialmente após a Primeira Guerra Mundial. Finalmente, muitos problemas científicos e de engenharia avançados eram difíceis de calcular manualmente. Todos esses fatores levaram à criação de uma série de computadores, cujo trabalho foi realizado sob a liderança de Vannevar Bush, engenheiro elétrico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
Analisador diferencial
Até este ponto, a história tem sido muitas vezes impessoal, mas agora começaremos a falar mais sobre pessoas específicas. A fama passou para os criadores do interruptor do painel, do relé Tipo E e do circuito marcador fiducial. Nem mesmo anedotas biográficas sobreviveram sobre eles. A única evidência publicamente disponível de suas vidas são os restos fósseis das máquinas que criaram.
Agora podemos obter uma compreensão mais profunda das pessoas e de seu passado. Mas não encontraremos mais aqueles que trabalharam arduamente nos sótãos e nas oficinas em casa - Morse e Vail, Bell e Watson. No final da Primeira Guerra Mundial, a era dos inventores heróicos estava quase no fim. Thomas Edison pode ser considerado uma figura de transição: no início de sua carreira foi um inventor contratado e, no final, tornou-se proprietário de uma “fábrica de invenções”. Nessa altura, o desenvolvimento das novas tecnologias mais notáveis tinha-se tornado domínio das organizações – universidades, departamentos de investigação empresariais, laboratórios governamentais. As pessoas sobre as quais falaremos nesta seção pertenciam a essas organizações.
Por exemplo, Vannevar Bush. Chegou ao MIT em 1919, aos 29 anos. Pouco mais de 20 anos depois, foi uma das pessoas que influenciou a participação dos Estados Unidos na Segunda Guerra Mundial e ajudou a aumentar o financiamento governamental, o que mudou para sempre a relação entre governo, academia e o desenvolvimento da ciência e tecnologia. Mas, para os fins deste artigo, estamos interessados em uma série de máquinas que foram desenvolvidas no laboratório Bush a partir de meados da década de 1920 e tinham como objetivo resolver o problema dos cálculos matemáticos.
O MIT, que recentemente se mudou do centro de Boston para a zona portuária do rio Charles, em Cambridge, estava estreitamente alinhado com as necessidades da indústria. O próprio Bush, além de sua cátedra, tinha interesses financeiros em diversas empresas da área de eletrônica. Portanto, não deve surpreender que o problema que levou Busch e os seus alunos a trabalhar no novo dispositivo computacional tenha origem na indústria energética: simular o comportamento de linhas de transmissão em condições de pico de carga. Obviamente, esta era apenas uma das muitas aplicações possíveis dos computadores: tediosos cálculos matemáticos eram realizados em todos os lugares.
Busch e seus colegas construíram primeiro duas máquinas chamadas integrafas de produto. Mas a máquina mais famosa e bem-sucedida do MIT foi outra - analisador diferencial, concluído em 1931. Ele resolveu problemas de transmissão de eletricidade, calculou as órbitas dos elétrons, as trajetórias da radiação cósmica no campo magnético da Terra e muito mais. Pesquisadores de todo o mundo, necessitados de poder computacional, criaram dezenas de cópias e variações do analisador diferencial na década de 1930. Alguns são até da Meccano (o análogo inglês dos construtores infantis americanos da marca ).
Um analisador diferencial é um computador analógico. As funções matemáticas foram calculadas usando hastes metálicas rotativas, a velocidade de rotação de cada uma delas refletia algum valor quantitativo. O motor acionava uma haste independente - uma variável (geralmente representava o tempo), que, por sua vez, girava outras hastes (diferentes variáveis diferenciais) por meio de conexões mecânicas, e uma função era calculada com base na velocidade de rotação de entrada. Os resultados dos cálculos foram desenhados em papel em forma de curvas. Os componentes mais importantes eram os integradores – rodas que giravam como discos. Os integradores poderiam calcular a integral de uma curva sem tediosos cálculos manuais.
Analisador diferencial. Módulo integral - com tampa levantada, na lateral da janela há tabelas com os resultados dos cálculos, e no meio - um conjunto de barras de cálculo
Nenhum dos componentes do analisador continha relés de comutação discretos ou quaisquer interruptores digitais. Então, por que estamos falando sobre este dispositivo? A resposta é quarto carro da família.
No início da década de 1930, Bush começou a cortejar a Fundação Rockefeller para obter financiamento para o desenvolvimento do analisador. Warren Weaver, chefe de ciências naturais da fundação, inicialmente não se convenceu. Engenharia não era sua área de atuação. Mas Busch elogiou o potencial ilimitado de sua nova máquina para aplicações científicas – especialmente em biologia matemática, o projeto favorito de Weaver. Bush também prometeu inúmeras melhorias para o analisador, incluindo "a capacidade de mudar rapidamente o analisador de um problema para outro, como uma central telefônica". Em 1936, seus esforços foram recompensados com uma doação de US$ 85 mil para a criação de um novo dispositivo, que mais tarde foi chamado de Analisador Diferencial Rockefeller.
Como computador prático, este analisador não foi um grande avanço. Bush, que se tornou vice-presidente e reitor de engenharia do MIT, não pôde dedicar muito tempo à direção do desenvolvimento. Na verdade, ele logo se retirou, assumindo funções como presidente do Carnegie Institution em Washington. Bush sentiu que a guerra se aproximava e tinha várias ideias científicas e industriais que poderiam servir as necessidades dos militares. Ou seja, queria estar mais próximo do centro do poder, onde pudesse influenciar de forma mais eficaz a resolução de determinadas questões.
Ao mesmo tempo, os problemas técnicos ditados pelo novo desenho foram resolvidos pelo pessoal do laboratório, que logo começou a ser desviado para trabalhar em problemas militares. A máquina Rockefeller foi concluída apenas em 1942. Os militares consideraram-no útil para a produção em linha de tabelas balísticas para artilharia. Mas logo este dispositivo foi eclipsado puramente digital computadores – representando números não como quantidades físicas, mas abstratamente, usando posições de chave. Acontece que o próprio analisador Rockefeller usava muitos interruptores semelhantes, consistindo em circuitos de relé.
Shannon
Em 1936, Claude Shannon tinha apenas 20 anos, mas já havia se formado na Universidade de Michigan com bacharelado em engenharia elétrica e matemática. Ele foi levado ao MIT por meio de um panfleto afixado em um quadro de avisos. Vannevar Bush procurava um novo assistente para trabalhar no analisador diferencial. Shannon apresentou sua inscrição sem hesitação e logo começou a trabalhar em novos problemas antes que o novo dispositivo começasse a tomar forma.
Shannon não era nada parecida com Bush. Ele não era empresário, nem construtor de império acadêmico, nem administrador. Durante toda a sua vida ele amou jogos, quebra-cabeças e entretenimento: xadrez, malabarismo, labirintos, criptogramas. Como muitos homens de sua época, durante a guerra Shannon se dedicou a negócios sérios: ele ocupou um cargo nos Laboratórios Bell sob um contrato governamental, que protegia seu corpo frágil do recrutamento militar. Sua pesquisa sobre controle de incêndio e criptografia durante esse período levou, por sua vez, a um trabalho seminal sobre teoria da informação (que não abordaremos). Na década de 1950, com o fim da guerra e suas consequências, Shannon voltou a lecionar no MIT, dedicando seu tempo livre a diversões: uma calculadora que funcionava exclusivamente com algarismos romanos; uma máquina, ao ser ligada, um braço mecânico surgiu dela e desligou a máquina.
A estrutura da máquina Rockefeller que Shannon encontrou era logicamente a mesma do analisador de 1931, mas foi construída a partir de componentes físicos completamente diferentes. Busch percebeu que as hastes e engrenagens mecânicas das máquinas mais antigas reduziam a eficiência de seu uso: para realizar cálculos, a máquina precisava ser montada, o que exigia muitas horas de trabalho de mecânicos qualificados.
O novo analisador perdeu essa desvantagem. Seu projeto não foi baseado em uma mesa com hastes, mas em um comutador de discos cruzados, protótipo excedente doado pela Bell Labs. Em vez de transmitir energia a partir de um eixo central, cada módulo integral era acionado de forma independente por um motor elétrico. Para configurar a máquina para resolver um novo problema, bastava simplesmente configurar os relés na matriz de coordenadas para conectar os integradores na sequência desejada. Um leitor de fita perfurada (emprestado de outro dispositivo de telecomunicações, o teletipo de rolo) lia a configuração da máquina e um circuito de relé convertia o sinal da fita em sinais de controle para a matriz – era como estabelecer uma série de chamadas telefônicas entre integradores.
A nova máquina não só era muito mais rápida e fácil de configurar, como também era mais rápida e precisa do que a sua antecessora. Ela poderia resolver problemas mais complexos. Hoje este computador pode ser considerado primitivo, até mesmo extravagante, mas na época parecia aos observadores uma grande - ou talvez terrível - inteligência em ação:
Basicamente, é um robô matemático. Um autômato movido a eletricidade projetado não apenas para aliviar o cérebro humano do fardo de cálculos e análises pesadas, mas para atacar e resolver problemas matemáticos que não podem ser resolvidos pela mente.
Shannon concentrou-se em converter dados da fita de papel em instruções para o “cérebro”, e o circuito de relé foi responsável por esta operação. Ele notou a correspondência entre a estrutura do circuito e as estruturas matemáticas da álgebra booleana, que estudou na pós-graduação em Michigan. Esta é uma álgebra cujos operandos foram Verdadeiro e falso, e por operadores - E, OU, NÃO etc. Álgebra correspondente a afirmações lógicas.
Depois de passar o verão de 1937 trabalhando no Bell Labs em Manhattan (um lugar ideal para pensar sobre circuitos de relés), Shannon escreveu sua tese de mestrado intitulada "Uma análise simbólica de circuitos de relés e comutação". Junto com o trabalho de Alan Turing no ano anterior, a tese de Shannon formou a base da ciência da computação.
Nas décadas de 1940 e 1950, Shannon construiu várias máquinas computacionais/lógicas: a calculadora de cálculo romano THROBAC, uma máquina de final de jogo de xadrez, e Teseu, um labirinto através do qual um mouse eletromecânico se movia (foto)
Shannon descobriu que um sistema de equações lógicas proposicionais poderia ser convertido diretamente mecanicamente em um circuito físico de interruptores de relé. Ele concluiu: “Praticamente qualquer operação que possa ser descrita em um número finito de etapas usando palavras SE, E, OU etc., pode ser executado automaticamente usando um relé.” Por exemplo, dois relés de comutação controlados conectados em série formam um circuito lógico И: A corrente fluirá através do fio principal somente quando ambos os eletroímãs forem ativados para fechar as chaves. Ao mesmo tempo, dois relés conectados em paralelo Ou: A corrente flui através do circuito principal, ativada por um dos eletroímãs. A saída de tal circuito lógico pode, por sua vez, controlar os eletroímãs de outros relés para produzir operações lógicas mais complexas como (A И B) ou (C И G).
Shannon concluiu sua dissertação com um apêndice contendo vários exemplos de circuitos criados usando seu método. Como as operações da álgebra booleana são muito semelhantes às operações aritméticas em binário (ou seja, usando números binários), ele mostrou como um relé poderia ser montado em um “somador elétrico em binário” – nós o chamamos de somador binário. Alguns meses depois, um dos cientistas do Bell Labs construiu tal víbora na mesa de sua cozinha.
Stibitz
George Stibitz, pesquisador do departamento de matemática da sede do Bell Labs em Manhattan, trouxe para casa um estranho conjunto de equipamentos em uma noite escura de novembro de 1937. Células de bateria secas, duas pequenas luzes para os painéis de hardware e alguns relés planos tipo U encontrados em uma lata de lixo. Ao adicionar alguns fios e algum lixo, ele montou um dispositivo que poderia somar dois números binários de um dígito (representados pela presença ou ausência de uma tensão de entrada) e gerar um número de dois dígitos usando lâmpadas: uma para ligado, zero para desligar.
Somador Stiebitz binário
Stiebitz, um físico de formação, foi convidado a avaliar as propriedades físicas dos relés magnéticos. Ele não tinha nenhuma experiência anterior com relés e então começou estudando seu uso nos circuitos telefônicos da Bell. George logo percebeu semelhanças entre alguns dos circuitos e operações aritméticas binárias. Intrigado, ele montou seu projeto paralelo na mesa da cozinha.
No início, o envolvimento de Stiebitz com relés despertou pouco interesse entre a administração do Bell Labs. Mas em 1938, o chefe do grupo de pesquisa perguntou a George se suas calculadoras poderiam ser usadas para operações aritméticas com números complexos (por exemplo, a+biOnde i é a raiz quadrada de um número negativo). Descobriu-se que vários departamentos de computação do Bell Labs já estavam reclamando porque precisavam constantemente multiplicar e dividir esses números. A multiplicação de um número complexo exigia quatro operações aritméticas em uma calculadora de mesa, a divisão exigia 16 operações. Stibitz disse que poderia resolver o problema e projetou um circuito de máquina para tais cálculos.
O projeto final, que foi incorporado em metal pelo engenheiro telefônico Samuel Williams, foi chamado de Complex Number Computer - ou Complex Computer, para abreviar - e lançado em 1940. 450 relés foram usados para cálculos, resultados intermediários foram armazenados em dez chaves de coordenadas. Os dados foram inseridos e recebidos usando um teletipo roll. Os departamentos do Bell Labs instalaram três desses teletipos, o que indica uma grande necessidade de poder computacional. Relés, matrizes, teletipos - em todos os sentidos era um produto do sistema Bell.
O melhor momento da Complex Computer ocorreu em 11 de setembro de 1940. Stiebitz apresentou um relatório sobre o computador em uma reunião da American Mathematical Society no Dartmouth College. Ele concordou que ali seria instalado um teletipo com conexão telegráfica ao Complex Computer em Manhattan, a 400 quilômetros de distância. Os interessados poderiam ir ao teletipo, inserir as condições do problema no teclado e ver como em menos de um minuto o teletipo imprime magicamente o resultado. Entre aqueles que testaram o novo produto estavam John Mauchly e John von Neumann, cada um dos quais desempenharia um papel importante na continuação da nossa história.
Os participantes da reunião tiveram um breve vislumbre do mundo futuro. Mais tarde, os computadores tornaram-se tão caros que os administradores não podiam mais deixá-los parados enquanto o usuário coçava o queixo na frente do console de gerenciamento, imaginando o que digitar em seguida. Nos próximos 20 anos, os cientistas estarão pensando em como construir computadores de uso geral que estarão sempre esperando que você insira dados neles, mesmo enquanto trabalham em outra coisa. E então outros 20 anos se passarão até que esse modo interativo de computação se torne a ordem do dia.
Stiebitz por trás do Terminal Interativo de Dartmouth na década de 1960. O Dartmouth College foi pioneiro em computação interativa. Stiebitz tornou-se professor universitário em 1964
É surpreendente que, apesar dos problemas que resolve, o Complex Computer, pelos padrões modernos, não seja um computador. Poderia realizar operações aritméticas em números complexos e provavelmente resolver outros problemas semelhantes, mas não problemas de uso geral. Não era programável. Ele não conseguia realizar operações em ordem aleatória ou repetidamente. Era uma calculadora capaz de fazer certos cálculos muito melhor que suas antecessoras.
Com a eclosão da Segunda Guerra Mundial, Bell, sob a liderança de Stiebitz, criou uma série de computadores chamados Modelo II, Modelo III e Modelo IV (o Computador Complexo, portanto, foi denominado Modelo I). A maioria deles foi construída a pedido do Comitê de Pesquisa de Defesa Nacional, e foi chefiado por ninguém menos que Vannevar Bush. Stibitz melhorou o design das máquinas em termos de maior versatilidade de funções e programabilidade.
Por exemplo, a Calculadora Balística (mais tarde Modelo III) foi desenvolvida para as necessidades dos sistemas de controle de fogo antiaéreo. Entrou em operação em 1944 em Fort Bliss, Texas. O dispositivo continha 1400 relés e podia executar um programa de operações matemáticas determinado por uma sequência de instruções em uma fita de papel enrolada. Uma fita com dados de entrada foi fornecida separadamente e os dados tabulares foram fornecidos separadamente. Isso possibilitou encontrar rapidamente os valores de, por exemplo, funções trigonométricas sem cálculos reais. Os engenheiros da Bell desenvolveram circuitos de busca especiais (circuitos de caça) que escaneavam a fita para frente/para trás e procuravam o endereço do valor da tabela desejado, independentemente dos cálculos. Stibitz descobriu que seu computador Modelo III, acionando relés dia e noite, substituiu de 25 a 40 computadores.
Racks de relés Bell modelo III
O carro Modelo V não teve mais tempo de prestar serviço militar. Tornou-se ainda mais versátil e poderoso. Se avaliarmos o número de computadores substituídos, então ele foi aproximadamente dez vezes maior que o Modelo III. Vários módulos computacionais com 9 mil relés poderiam receber dados de entrada de diversas estações, onde os usuários inseriam as condições de diferentes tarefas. Cada uma dessas estações tinha um leitor de fita para entrada de dados e cinco para instruções. Isso possibilitou chamar várias sub-rotinas da fita principal ao calcular uma tarefa. O módulo de controle principal (essencialmente um análogo do sistema operacional) distribuía instruções entre os módulos de computação dependendo de sua disponibilidade, e os programas podiam realizar ramificações condicionais. Não era mais apenas uma calculadora.
Ano dos Milagres: 1937
O ano de 1937 pode ser considerado um ponto de viragem na história da computação. Naquele ano, Shannon e Stibitz notaram semelhanças entre circuitos de relés e funções matemáticas. Essas descobertas levaram o Bell Labs a criar uma série de importantes máquinas digitais. Foi uma espécie de - ou mesmo substituição - quando um modesto retransmissor telefônico, sem alterar sua forma física, tornou-se a personificação da matemática e da lógica abstratas.
No mesmo ano, na edição de janeiro da publicação Anais da London Mathematical Society publicou um artigo do matemático britânico Alan Turing “Sobre números computáveis em relação a "(Em números computáveis, com uma aplicação ao Entscheidungsproblem). Descreveu uma máquina de computação universal: o autor argumentou que ela poderia realizar ações que eram logicamente equivalentes às ações dos computadores humanos. Turing, que havia ingressado na pós-graduação na Universidade de Princeton no ano anterior, também ficou intrigado com os circuitos de retransmissão. E, tal como Bush, está preocupado com a crescente ameaça de guerra com a Alemanha. Então ele assumiu um projeto paralelo de criptografia – um multiplicador binário que poderia ser usado para criptografar comunicações militares. Turing o construiu a partir de relés montados na oficina mecânica da universidade.
Também em 1937, Howard Aiken estava pensando em uma proposta de máquina de computação automática. Estudante de graduação em engenharia elétrica em Harvard, Aiken fez sua cota de cálculos usando apenas uma calculadora mecânica e livros impressos de tabelas matemáticas. Ele propôs um projeto que eliminaria essa rotina. Ao contrário dos dispositivos de computação existentes, ele deveria processar processos de forma automática e cíclica, usando os resultados dos cálculos anteriores como entrada para os seguintes.
Enquanto isso, na Nippon Electric Company, o engenheiro de telecomunicações Akira Nakashima explorava as conexões entre circuitos de retransmissão e matemática desde 1935. Finalmente, em 1938, ele provou de forma independente a equivalência dos circuitos de relé com a álgebra booleana, que Shannon havia descoberto um ano antes.
Em Berlim, Konrad Zuse, um ex-engenheiro aeronáutico cansado dos intermináveis cálculos exigidos no trabalho, procurava fundos para construir um segundo computador. Ele não conseguiu que seu primeiro dispositivo mecânico, o V1, funcionasse de maneira confiável, então quis fazer um computador relé, que desenvolveu em parceria com seu amigo, o engenheiro de telecomunicações Helmut Schreyer.
A versatilidade dos relés telefônicos, as conclusões sobre a lógica matemática, o desejo de mentes brilhantes de se livrar do trabalho entorpecente - tudo isso se entrelaçou e levou ao surgimento da ideia de um novo tipo de máquina lógica.
Geração Esquecida
Os frutos das descobertas e desenvolvimentos de 1937 tiveram que amadurecer durante vários anos. A guerra provou ser o fertilizante mais poderoso e, com o seu advento, os computadores retransmissores começaram a aparecer onde quer que existisse o conhecimento técnico necessário. A lógica matemática tornou-se a treliça das vinhas da engenharia elétrica. Surgiram novas formas de máquinas de computação programáveis – o primeiro esboço de computadores modernos.
Além das máquinas de Stiebitz, em 1944 os EUA podiam ostentar a Calculadora Automática de Sequência Controlada (ASCC) Harvard Mark I/IBM, um resultado da proposta de Aiken. O duplo nome surgiu devido à deterioração das relações entre academia e indústria: todos reivindicavam direitos sobre o aparelho. O Mark I/ASCC usava circuitos de controle de relé, mas a unidade aritmética principal era baseada na arquitetura das calculadoras mecânicas IBM. O veículo foi criado para as necessidades do Bureau of Shipbuilding dos EUA. Seu sucessor, o Mark II, começou a operar em 1948 em um local de testes da Marinha, e todas as suas operações foram baseadas inteiramente em relés – 13 relés.
Durante a guerra, Zuse construiu vários computadores retransmissores, cada vez mais complexos. O ponto culminante foi o V4, que, como o Bell Model V, incluía configurações para chamar sub-rotinas e executar ramificações condicionais. Devido à escassez de materiais no Japão, nenhum dos projetos de Nakashima e de seus compatriotas foi realizado em metal até que o país se recuperasse da guerra. Na década de 1950, o recém-formado Ministério do Comércio Exterior e Indústria financiou a criação de duas máquinas de relés, sendo a segunda um monstro com 20 mil relés. A Fujitsu, que participou da criação, desenvolveu seus próprios produtos comerciais.
Hoje essas máquinas estão quase completamente esquecidas. Apenas um nome permanece na memória – ENIAC. A razão do esquecimento não está relacionada à sua complexidade, ou capacidades, ou velocidade. As propriedades computacionais e lógicas dos relés, descobertas por cientistas e pesquisadores, aplicam-se a qualquer tipo de dispositivo que possa atuar como uma chave. E então aconteceu que outro dispositivo semelhante estava disponível - eletrônico um switch que poderia operar centenas de vezes mais rápido que um relé.
A importância da Segunda Guerra Mundial na história da computação já deveria ser óbvia. A guerra mais terrível tornou-se o ímpeto para o desenvolvimento de máquinas eletrônicas. O seu lançamento libertou os recursos necessários para superar as deficiências óbvias dos interruptores electrónicos. O reinado dos computadores eletromecânicos durou pouco. Como os Titãs, eles foram derrubados pelos filhos. Assim como os relés, a comutação eletrônica surgiu das necessidades da indústria de telecomunicações. E para descobrir de onde veio, temos de retroceder a nossa história até um momento no início da era da rádio.
Fonte: habr.com