În a noastră a descris ascensiunea centralelor telefonice automate, care au fost controlate de circuite de relee. De data aceasta vrem să vorbim despre modul în care oamenii de știință și inginerii au dezvoltat circuite relee în prima - acum uitată - generație de calculatoare digitale.
Releu la zenit
Dacă vă amintiți, funcționarea unui releu se bazează pe un principiu simplu: un electromagnet acționează un comutator metalic. Ideea releului a fost propusă independent în anii 1830 de mai mulți naturaliști și antreprenori din domeniul telegrafului. Apoi, la mijlocul secolului al XIX-lea, inventatorii și mecanicii au transformat releul într-o componentă fiabilă și indispensabilă a rețelelor telegrafice. În acest domeniu, viața releului a atins apogeul: a fost miniaturizat, iar generații de ingineri au creat o multitudine de modele, formate în mod formal în matematică și fizică.
La începutul secolului al XX-lea, nu numai sistemele de comutare automată, ci aproape toate echipamentele de rețea telefonică conțineau unul sau altul tip de releu. Una dintre cele mai timpurii utilizări în telefonie datează din anii 1870, în comutatoarele manuale. Când abonatul a răsucit mânerul telefonului (mânerul magneto), a fost trimis un semnal către centrala telefonică, pornind blenderul. Blenker este un releu care, la declanșare, pe masa de comutare de la operatorul de telefonie, a căzut un obturator metalic, ceea ce indica un apel de intrare. Apoi doamna operator a introdus mufa în conector, releul a fost resetat, după care a fost posibilă ridicarea din nou a amortizorului, care a fost ținut în această poziție de un electromagnet.
Până în 1924, au scris doi ingineri Bell, o centrală telefonică manuală tipică deservește aproximativ 10 de abonați. Echipamentul ei conținea 40-65 de mii de relee, a căror forță magnetică totală era „suficientă pentru a ridica 10 tone”. În centralele telefonice mari cu comutatoare de mașini, aceste caracteristici au fost înmulțite cu două. Multe milioane de relee au fost folosite în întregul sistem de telefonie al SUA, iar numărul lor a crescut constant pe măsură ce centralele telefonice au fost automatizate. O conexiune telefonică poate servi de la câteva până la câteva sute de relee - în funcție de numărul și echipamentul centralelor telefonice implicate.
Fabricile Western Electric, brațul de producție al Bell Corporation, au produs o gamă largă de relee. Inginerii au creat atât de multe modificări încât cei mai sofisticați crescători de câini sau iubitori de porumbei ar invidia acest soi. Au fost optimizate viteza de funcționare și sensibilitatea releului, dimensiunile reduse. În 1921, Western Electric a produs aproape 5 milioane de relee de o sută de tipuri de bază. Cel mai masiv a fost releul universal de tip E, un dispozitiv plat, aproape dreptunghiular, care cântărea câteva zeci de grame. În cea mai mare parte, a fost realizat din piese metalice ștanțate, adică a fost avansat tehnologic în producție. Carcasa a protejat contactele de praf și de curenții induși de la dispozitivele învecinate: de obicei releele erau montate aproape unele de altele, în rafturi cu sute și mii de relee. În total, au fost dezvoltate 3 mii de variante de tip E, fiecare dintre ele diferită în configurațiile de înfășurare și contact.
Curând, aceste relee au început să fie utilizate în cele mai complexe comutatoare.
Comutator de coordonate
În 1910, Gotthilf Betulander, inginer la Royal Telegrafverket, corporația de stat care controla cea mai mare parte a pieței suedeze de telefonie (aproape toate timp de decenii), a avut o idee. El credea că ar putea îmbunătăți foarte mult eficiența operațiunilor Telegrafverket prin construirea de sisteme automate de comutare bazate în întregime pe relee. Mai exact, pe matrice de relee: rețele de bare de oțel conectate la linii telefonice, cu relee la intersecțiile barelor. Un astfel de comutator ar trebui să fie mai rapid, mai fiabil și mai ușor de întreținut decât sistemele bazate pe contacte glisante sau rotative.
Mai mult, Bethulander a venit cu ideea că este posibil să se separe părțile sistemului responsabile de selecție și conectare în circuite de relee independente. Și restul sistemului ar trebui să fie folosit doar pentru a stabili un canal de voce și apoi să fie eliberat pentru a servi un alt apel. Adică, Betulander a ajuns la idee, care mai târziu a fost numită „control comun” (control comun).
El a numit circuitul care stochează numărul apelului primit „înregistrator” (un alt termen este registru). Iar schema care găsește în grilă și „marchează” conexiunea disponibilă, a numit-o „marker”. Autorul și-a patentat sistemul. Mai multe astfel de stații au apărut în Stockholm și Londra. Și în 1918, Bethulander a aflat despre o inovație americană: comutatorul transversal, creat de inginerul Bell John Reynolds cu cinci ani mai devreme. Acest comutator a fost foarte asemănător cu designul lui Betulander, dar a folosit n+m releu de intretinere n+m noduri matrice, ceea ce era mult mai convenabil pentru extinderea în continuare a centralelor telefonice. Când a fost stabilită o conexiune, bara de menținere a prins „degetele” corzilor pianului, iar bara de selectare s-a mutat peste matrice pentru a se conecta la un alt apel. În anul următor, Bethulander a încorporat această idee în designul comutatorului său.
Dar majoritatea inginerilor au considerat creația lui Bethulander ciudată și inutil de complexă. Când a venit momentul să aleagă un sistem de comutare care să automatizeze rețelele celor mai mari orașe suedeze, Telegrafverket a optat pentru un design dezvoltat de Ericsson. Comutatoarele Bethulander erau folosite doar în centralele telefonice mici din zonele rurale: releele erau mai fiabile decât automatizarea motorizată a comutatoarelor Ericsson și nu necesitau tehnicieni de întreținere la fiecare centrală.
Cu toate acestea, inginerii americani de telefonie au avut o altă părere în această privință. În 1930, laboratoarele Bell au ajuns în Suedia și au fost „foarte impresionate de parametrii modulului de comutare de coordonate”. La întoarcerea lor, americanii au început imediat să lucreze la ceea ce va deveni cunoscut sub numele de „sistemul de coordonate nr. 1”, înlocuind comutatoarele de panou din orașele mari. Până în 1938, două astfel de sisteme au fost instalate în New York. Au devenit curând echipamente standard pentru centralele telefonice din oraș, până când peste 30 de ani au fost înlocuite cu comutatoare electronice.
Cea mai interesantă componentă a traversei #1 a fost noul marker, mai complex, dezvoltat la Bell. S-a dorit căutarea unei rute libere de la apelant la apelat prin mai multe module de coordonate conectate între ele, datorită cărora s-a creat o conexiune telefonică. De asemenea, jetonul a trebuit să testeze fiecare conexiune pentru starea „liber” / „ocupat”. Acest lucru a necesitat aplicarea logicii condiționale. După cum a scris istoricul Robert Chapuis:
Alegerea este arbitrară deoarece o conexiune liberă este reținută numai dacă oferă acces la o șină care are o conexiune liberă la nivelul următor ca ieșire. Dacă mai multe seturi de conexiuni satisfac condițiile dorite, atunci „logica prioritară” (logica preferențială) selectează una dintre cele mai mici conexiuni [existente] ...
Bara transversală este un exemplu perfect de fertilizare încrucișată a ideilor tehnologice. Betulander și-a creat comutatorul cu toate releele, apoi l-a îmbunătățit cu o matrice de comutatoare Reynolds și a demonstrat că designul rezultat funcționează. Inginerii AT&T au reproiectat ulterior acest comutator hibrid, l-au îmbunătățit și au creat sistemul de coordonate nr. 1. Acest sistem a devenit apoi o componentă a două computere timpurii, dintre care unul este acum cunoscut ca o piatră de hotar în istoria computerului.
Calcule matematice (muncă matematică)
Pentru a înțelege cum și de ce releele și verii lor electronici au ajutat la revoluționarea calculului, avem nevoie de o scurtă digresiune în lumea calculului matematic. După aceasta, va deveni clar de ce există o cerere ascunsă pentru optimizarea proceselor de calcul.
Până la începutul secolului al XX-lea, întregul sistem al științei și ingineriei moderne se baza pe munca a mii de oameni care efectuau calcule matematice. Ei au fost chemați calculatoare (calculatoare)[Pentru a evita confuzia, în continuare se va folosi termenul calculatoare. - Notă. pe.]. În anii 1820, Charles Babbage a creat (deși aparatul său avea predecesori ideologici). Sarcina sa principală a fost automatizarea construcției de tabele matematice, de exemplu, pentru navigare (calculul funcțiilor trigonometrice prin aproximații polinomiale la 0 grade, 0,01 grade, 0,02 grade etc.). De asemenea, a existat o mare cerere de calcule matematice în astronomie: a fost necesar să se prelucreze rezultatele brute ale observațiilor telescopului în regiuni fixe ale sferei cerești (și dependența de ora și data observațiilor) sau să se determine orbitele unor noi obiecte. (de exemplu, cometa Halley).
De pe vremea lui Babbage, nevoia de calculatoare a crescut exponențial. Companiile de energie electrică trebuiau să înțeleagă comportamentul sistemelor de transport de energie cu proprietăți dinamice extrem de complexe. Tunurile din oțel Bessemer, capabile să arunce proiectile peste orizont (și prin urmare, datorită observării directe a țintei, acestea nu mai erau țintite), necesitau mese balistice din ce în ce mai precise. Noi instrumente statistice care implicau o cantitate mare de calcule matematice (de exemplu, metoda celor mai mici pătrate) au fost din ce în ce mai utilizate atât în știință, cât și în aparatul de stat în creștere. Universitățile, birourile guvernamentale și corporațiile industriale au apărut departamente de calcul care, de obicei, recrutau femei.
Calculatoarele mecanice au facilitat doar sarcina de calcul, dar nu au rezolvat-o. Calculatoarele accelerau operațiile aritmetice, dar orice sarcină științifică sau inginerească complexă necesita sute sau mii de operații, fiecare dintre ele pe care calculatorul (omul) trebuia să le efectueze manual, înregistrând cu atenție toate rezultatele intermediare.
Mai mulți factori au contribuit la apariția unor noi abordări ale problemei calculelor matematice. Tinerii oameni de știință și ingineri, care își calculau dureros sarcinile noaptea, doreau să-și odihnească mâinile și ochii. Managerii de proiect au fost nevoiți să plătească din ce în ce mai mulți bani pentru salariile numeroaselor calculatoare, mai ales după primul război mondial. În cele din urmă, multe probleme științifice și de inginerie avansate au fost greu de calculat manual. Toți acești factori au dus la crearea unei serii de calculatoare, lucrări la care au fost efectuate sub conducerea lui Vannevar Bush, inginer electrician la Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Analizor diferenţial
Până în acest moment, istoria a fost adesea impersonală, dar acum vom vorbi mai mult despre anumite persoane. Glory i-a ocolit pe creatorii comutatorului panoului, a releului de tip E și a circuitului de marcare de referință. Despre ei nu s-au păstrat nici măcar anecdote biografice. Singura dovadă disponibilă public a vieții lor sunt rămășițele fosilizate ale mașinilor pe care le-au creat.
Acum putem obține o înțelegere mai profundă a oamenilor și a trecutului lor. Dar nu îi vom mai întâlni pe cei care au muncit din greu în poduri și ateliere de acasă - Morse și Vail, Bell și Watson. Până la sfârșitul Primului Război Mondial, era inventatorilor eroici aproape se terminase. Thomas Edison poate fi considerat o figură de tranziție: la începutul carierei a fost inventator angajat, iar spre final a devenit proprietarul unei „fabricii de invenții”. Până atunci, dezvoltarea celor mai notabile tehnologii noi devenise domeniul organizațiilor – universități, departamente de cercetare corporativă, laboratoare guvernamentale. Oamenii despre care vom vorbi în această secțiune aparțineau unor astfel de organizații.
De exemplu, Vanivar Bush. A ajuns la MIT în 1919, când avea 29 de ani. Puțin peste 20 de ani mai târziu, el a fost printre oamenii care au influențat implicarea SUA în al Doilea Război Mondial și a contribuit la creșterea finanțării publice, ceea ce a schimbat pentru totdeauna relația dintre guvern, mediul academic și dezvoltarea științei și tehnologiei. Dar, în sensul acestui articol, ne interesează o serie de mașini care au fost dezvoltate în laboratorul Bush de la mijlocul anilor 1920 și au fost destinate să rezolve problema calculelor matematice.
MIT, care se mutase recent din centrul Bostonului pe Charles Riverfront din Cambridge, era strâns legat de nevoile industriei. Bush însuși, pe lângă funcția de profesor, avea interese financiare în mai multe afaceri cu electronice. Așa că nu ar trebui să vă surprindă că problema care i-a determinat pe Bush și pe studenții săi să lucreze la noul dispozitiv de calcul își are originea în industria energetică: simularea comportamentului liniilor de transmisie în condiții de sarcină de vârf. Evident, aceasta a fost doar una dintre numeroasele aplicații posibile ale computerelor: peste tot se făceau calcule matematice obositoare.
Bush și colegii săi au construit mai întâi două mașini, pe care le-au numit integrate de produse. Dar cea mai faimoasă și de succes mașină MIT a fost alta - analizor diferenţialfinalizat în 1931. A rezolvat probleme cu transmiterea energiei electrice, a calculat orbitele electronilor, traiectoriile radiațiilor cosmice în câmpul magnetic al Pământului și multe altele. Cercetătorii din întreaga lume care aveau nevoie de putere de calcul au creat zeci de copii și variante ale analizorului diferențial în anii 1930. Unii - chiar și de la Meccano (analogul englez al designerilor americani pentru copii ai mărcii ).
Analizorul diferenţial este un computer analog. Funcțiile matematice au fost calculate folosind tije metalice rotative, viteza de rotație a fiecăreia dintre acestea reflectând o anumită valoare cantitativă. Motorul acționa o tijă independentă - o variabilă (de obicei reprezenta timpul), care, la rândul său, prin conexiuni mecanice, rotea alte tije (diferite variabile diferențiale), iar o funcție a fost calculată pe baza vitezei de rotație de intrare. Rezultatele calculului au fost desenate pe hârtie sub formă de curbe. Cele mai importante componente erau integratoarele - roți care se roteau cu discuri. Integratorii ar putea calcula integrala unei curbe fără calcule manuale obositoare.
Analizor diferenţial. Modul integral - cu un capac ridicat, din partea ferestrei există tabele cu rezultatele calculelor, iar în mijloc - un complex de tije de calcul
Niciuna dintre componentele analizorului nu conținea relee de comutare discrete sau întrerupătoare digitale de orice fel. Deci de ce vorbim despre acest dispozitiv? Raspunsul este Al patrulea mașină de familie.
La începutul anilor 1930, Bush a început să curteze Fundația Rockefeller pentru a obține finanțare pentru dezvoltarea în continuare a analizorului. Warren Weaver, șeful departamentului de științe naturale al fundației, a fost inițial neconvins. Ingineria nu a fost domeniul lui de expertiză. Cu toate acestea, Bush a promovat potențialul nelimitat al noii sale mașini pentru aplicații științifice – în special în biologia matematică, proiectul preferat al lui Weaver. Bush a promis, de asemenea, numeroase îmbunătățiri ale analizorului, inclusiv „abilitatea de a comuta rapid analizorul de la o problemă la alta, cum ar fi o centrală telefonică”. În 1936, eforturile sale au fost răsplătite cu un grant de 85 de dolari pentru a construi un nou dispozitiv care a fost numit mai târziu Analizorul Diferenţial Rockefeller.
Ca calculator practic, acest analizor nu a reprezentat o descoperire remarcabilă. Bush, care a devenit vicepreședinte al MIT și decan al departamentului de inginerie, nu a putut dedica mult timp conducerii dezvoltării. De fapt, el s-a retras curând, preluând atribuțiile de președinte al Instituției Carnegie din Washington. Bush a simțit apropierea războiului și a avut mai multe idei științifice și industriale care ar putea servi nevoilor forțelor armate. Adică a vrut să fie mai aproape de centrul puterii, unde ar putea influența mai eficient soluționarea anumitor probleme.
În același timp, problemele tehnice dictate de noul design au fost rezolvate de personalul de laborator, iar în curând au început să fie redirecționate către sarcini militare. Mașina Rockefeller a fost finalizată abia în 1942. Armata l-a găsit util pentru producția în linie de mese balistice pentru artilerie. Dar în curând acest dispozitiv a fost eclipsat pur digital calculatoare - reprezentând numere nu ca mărimi fizice, ci în mod abstract, cu ajutorul pozițiilor comutatorului. S-a întâmplat că analizorul Rockefeller însuși a folosit destul de multe dintre aceste comutatoare, constând din circuite de relee.
Shannon
În 1936, Claude Shannon avea doar 20 de ani, dar absolvise deja Universitatea din Michigan cu o diplomă de licență în două specialități: inginerie electrică și matematică. A fost adus la MIT printr-un fluturaș fixat pe un avizier. Vanivar Bush căuta un nou asistent care să lucreze la un analizor diferenţial. Shannon a aplicat fără ezitare și în curând a început să lucreze la probleme noi și abia după aceea noul dispozitiv a început să prindă contur.
Shannon nu semăna deloc cu Bush. Nu a fost nici om de afaceri, nici constructor de imperiu academic, nici administrator. Toată viața a iubit jocurile, puzzle-urile și distracția: șah, jongla, labirinturi, criptograme. La fel ca mulți bărbați ai epocii sale, în timpul războiului, Shannon s-a dedicat unei cauze serioase: a ocupat o funcție la Bell Labs pe un contract guvernamental, care i-a protejat corpul fragil de recrutarea militară. Cercetările sale privind controlul incendiilor și criptografia în această perioadă au condus, la rândul lor, la lucrări fundamentale despre teoria informației (nu vom atinge asta). În anii 1950, pe măsură ce războiul și consecințele acestuia s-au atenuat, Shannon a revenit la predarea la MIT, petrecându-și timpul liber în divertisment: un calculator care lucra exclusiv cu cifre romane; o mașină, când este pornită, din ea a apărut un braț mecanic și a oprit mașina.
Structura mașinii Rockefeller pe care a întâlnit-o Shannon a fost logic aceeași cu cea a analizorului din 1931, dar a fost construită din componente fizice complet diferite. Bush și-a dat seama că tijele și angrenajele mecanice din mașinile mai vechi le-au redus eficiența: pentru a efectua calcule, a fost necesar să reglați mașina, ceea ce a necesitat multe ore de muncă de către mecanici calificați.
Noul analizor a pierdut acest neajuns. În centrul designului său nu a fost o masă cu tije, ci un comutator de coordonate - un prototip suplimentar donat de Bell Labs. În loc să transmită puterea de la un arbore central, fiecare modul integral a fost antrenat independent de un motor electric. Pentru a configura mașina pentru a rezolva o nouă problemă, a fost suficient doar configurarea releelor în matricea de coordonate pentru a conecta integratorii în secvența dorită. Un cititor de bandă perforată (împrumutat de la un alt dispozitiv de telecomunicații, o rolă de teletip) a citit configurația mașinii, iar un circuit releu a convertit semnalul de pe bandă în semnale de control pentru matrice - era ca și cum ați stabili o serie de apeluri telefonice între integratori.
Noua mașină a fost nu numai mult mai rapidă și mai ușor de configurat, ci și mai rapidă și mai precisă decât predecesorul său. Ar putea rezolva probleme mai complexe. Astăzi, acest computer poate fi considerat primitiv, chiar extravagant, dar atunci observatorilor li s-a părut că este o minte grozavă - sau poate îngrozitoare - la lucru:
De fapt, este un robot matematic. Un automat alimentat electric conceput nu doar pentru a elimina povara calculelor și analizelor grele de pe creierul uman, ci și pentru a se năpusti și a rezolva probleme de matematică dincolo de soluțiile mentale.
Shannon s-a concentrat pe conversia datelor de pe banda de hârtie în instrucțiuni pentru „creier”, iar circuitul releu a fost responsabil pentru această operațiune. El a atras atenția asupra corespondenței dintre structura circuitului și structurile matematice ale algebrei booleene, pe care a studiat-o în ultimul an la Michigan. Aceasta este o algebră ai cărei operanzi au fost Adevarat si fals, și operatorii ȘI, SAU, NU etc. Algebra, corespunzătoare enunţurilor logice.
După ce și-a petrecut vara anului 1937 lucrând la Bell Labs din Manhattan (un loc ideal pentru a te gândi la circuitele relee), Shannon și-a scris teza de master, A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits. Alături de munca lui Alan Turing cu un an înainte, disertația lui Shannon a constituit fundamentul științei mașinilor de calcul.
În anii 1940 și 1950, Shannon a construit mai multe mașini de calcul/logice: un calculator de calcul roman THROBAC, o mașină de joc final de șah și Tezeu, un labirint condus de un mouse electromecanic (foto)
Shannon a descoperit că sistemul de ecuații logice propoziționale ar putea fi tradus direct mecanic într-un circuit fizic de comutatoare releu. El a concluzionat: „De fapt, orice operație care poate fi descrisă într-un număr finit de pași folosind cuvinte DACĂ, ȘI, SAU etc., pot fi efectuate automat prin relee. De exemplu, două relee de comutare controlate conectate în serie formează un logic И: curentul va curge prin firul principal numai atunci când ambii electromagneți sunt activați pentru a închide întrerupătoarele. În același timp, două relee conectate în formă paralelă SAU: curentul circulă prin circuitul principal, activat de unul dintre electromagneți. Ieșirea unui astfel de circuit logic poate conduce, la rândul său, electromagneții altor relee pentru a produce operații logice mai complexe, cum ar fi (A И B) sau (C И G).
Shannon și-a încheiat disertația cu o anexă cu câteva exemple de circuite create prin metoda sa. Deoarece operațiile algebrei booleene sunt foarte asemănătoare cu cele ale aritmeticii binare (adică, folosind numere binare), el a arătat cum un releu ar putea fi construit într-un „asumator electric în binar” - noi numim acest lucru un sumator binar. Câteva luni mai târziu, unul dintre oamenii de știință de la Bell Labs a făcut un astfel de adaos pe masa din bucătărie.
Stibitz
George Stibitz, cercetător la departamentul de matematică de la sediul Bell Labs din Manhattan, a adus acasă un set ciudat de echipamente într-o seară întunecată de noiembrie a anului 1937. Baterii uscate, două becuri mici pentru scuturi hardware și câteva relee plate de tip U găsite într-un coș de gunoi. Adăugând niște fire și niște vechituri, el a asamblat un dispozitiv care ar putea adăuga două numere binare cu o cifră (reprezentate prin prezența sau absența tensiunii de intrare) și să scoată un număr din două cifre folosind becuri: unu - aprins, zero - stins .
Adder Stiebits binar
Stiebitz, un fizician de formare, a fost rugat să evalueze proprietățile fizice ale magneților releu. Anterior, nu avea deloc experiență cu releele și așadar a început prin a studia utilizarea acestora în circuitele telefonice Bell. George a observat curând asemănări între unele circuite și operații aritmetice cu numere binare. Intrigat, și-a adunat proiectul lateral pe masa din bucătărie.
La început, glumele lui Stiebitz au trezit puțin interes în rândul directorilor Bell Labs. Dar în 1938, șeful grupului de cercetare l-a întrebat pe George dacă calculatoarele lui ar putea fi folosite pentru operații aritmetice pe numere complexe (de exemplu, a+biUnde i este rădăcina pătrată a unui număr negativ). S-a dovedit că mai multe departamente de calcul de la Bell Labs se plângeau deja de faptul că trebuiau în mod constant să înmulțească și să împartă astfel de numere. Înmulțirea unui număr complex a necesitat patru operații aritmetice pe un calculator desktop, împărțire - 16 operații. Stiebitz a spus că ar putea rezolva problema și a proiectat o mașină pentru astfel de calcule.
Designul final, încorporat în metal de către inginerul de telefonie Samuel Williams, a fost numit Complex Number Computer - sau pe scurt Computer Complex - și a intrat în producție în 1940. Pentru calcule au fost utilizate 450 de relee, rezultatele intermediare au fost stocate în zece comutatoare de coordonate. Datele au fost introduse și primite utilizând un teletype cu rolă. Departamentele Bell Labs au instalat trei dintre aceste teleimprimante, ceea ce indică o cerere mare de putere de calcul. Relee, matrice, teletipuri - din toate punctele de vedere a fost un produs al sistemului Bell.
Cea mai bună oră a Complex Computer a bătut pe 11 septembrie 1940. Stiebitz a prezentat un raport despre computer la o întâlnire a Societății Americane de Matematică la Dartmouth College. A aranjat ca acolo să fie instalată un telemașină cu o conexiune telegrafică la Complex Computer din Manhattan, la 400 de kilometri distanță. Cei care doreau puteau să meargă până la o telemașină, să introducă pe tastatură condițiile problemei și să vadă cum, în mai puțin de un minut, telemașina imprimă magic rezultatul. Printre cei care au testat noutatea s-au numărat John Mauchly (John Mauchly) și John von Neumann (John von Neumann), fiecare dintre ei va juca un rol important în continuarea poveștii noastre.
Participanții la întâlnire au văzut o scurtă privire asupra lumii viitoare. Mai târziu, computerele au devenit atât de scumpe încât administratorii nu le mai puteau lăsa să stea inactiv în timp ce utilizatorul își scărpina bărbia în fața unei console de management, gândindu-se la ce să scrie mai departe. În următorii 20 de ani, oamenii de știință se vor gândi la cum să construiască computere de uz general, care vă vor aștepta mereu să introduceți date în ele, chiar și în timp ce lucrați la altceva. Și apoi vor mai trece încă 20 de ani până când acest mod interactiv de calcul devine ordinea lucrurilor.
Stiebits la terminalul interactiv Dartmouth în anii 1960. Dartmouth College a fost un pionier în calculul interactiv. Stiebits a devenit profesor de facultate în 1964
Este surprinzător că, în ciuda sarcinilor pe care le rezolvă, Complex Computer conform standardelor moderne nu este deloc un computer. Ar putea efectua aritmetica numerelor complexe și probabil alte sarcini similare, dar nu cele de uz general. Nu era programabil. Nu putea efectua operații aleatoriu sau repetat. Era un calculator capabil să facă anumite calcule mult mai bine decât predecesorii săi.
Odată cu izbucnirea celui de-al Doilea Război Mondial, o serie de calculatoare numite Model II, Model III și Model IV au fost create la Bell sub conducerea lui Stibitz (Complex Computer, respectiv, a fost numit Model I). Cele mai multe dintre ele au fost construite la cererea Comitetului de Cercetare pentru Apărare Națională și a fost condusă de nimeni altul decât Vanevar Bush. Stiebitz a îmbunătățit aspectul mașinilor în ceea ce privește o mai mare versatilitate a funcțiilor și programabilitate.
De exemplu, Calculatorul balistic (mai târziu Model III) a fost dezvoltat pentru nevoile sistemelor de control al incendiilor antiaeriene. A fost pus în funcțiune în 1944 la Fort Bliss, Texas. Dispozitivul conținea 1400 de relee și putea executa un program de operații matematice determinate de o succesiune de instrucțiuni pe o bandă de hârtie în buclă. O bandă cu datele de intrare a fost trimisă separat, iar datele tabelare separat. Acest lucru a făcut posibilă găsirea rapidă a valorilor, de exemplu, a funcțiilor trigonometrice fără calcule reale. Inginerii Bell au dezvoltat circuite speciale de vânătoare care au scanat banda înainte/înapoi și au căutat adresa valorii dorite de tabel, indiferent de calcule. Stiebits a descoperit că computerul său Model III, făcând clic pe relee zi și noapte, înlocuia 25-40 de calculatoare.
Rafturi de relee Bell Model III
Modelul V nu a avut timp să viziteze serviciul militar. A devenit și mai versatil și mai puternic. Dacă se măsoară în funcție de numărul de computere pe care le înlocuiește, atunci era de aproximativ zece ori mai mare decât Modelul III. Mai multe module de calcul cu 9 mii de relee puteau primi date de intrare de la mai multe stații, unde utilizatorii au intrat în condițiile diferitelor sarcini. Fiecare astfel de stație avea câte un cititor de bandă pentru introducerea datelor și cinci pentru instrucțiuni. Acest lucru a făcut posibilă apelarea diferitelor subrutine atunci când se calculează o sarcină de pe banda principală. Modulul de control principal (de fapt, un analog al sistemului de operare) distribuia instrucțiuni modulelor de calcul în funcție de disponibilitatea acestora, iar programele puteau efectua salturi condiționate. Nu mai era doar un calculator.
Anul miracolelor: 1937
1937 poate fi considerat un punct de cotitură în istoria computerelor. În acel an, Shannon și Stiebitz au observat asemănări între circuitele relee și funcțiile matematice. Aceste descoperiri au determinat Bell Labs să creeze o serie de mașini digitale importante. A fost un fel - sau chiar înlocuire - când un modest releu telefonic, fără a-și schimba forma fizică, a devenit întruchiparea matematicii și a logicii abstracte.
În același an, în numărul de ianuarie al publicației Proceedings of the London Mathematical Society a publicat un articol al matematicianului britanic Alan Turing „On computable numbers in relation to » (Despre numerele calculabile, cu o aplicație la problema Entscheidungs). A descris o mașină de calcul universală: autorul a susținut că ar putea efectua acțiuni echivalente logic cu cele ale calculatoarelor umane. Turing, care a intrat în școala absolventă de la Universitatea Princeton anul precedent, a fost, de asemenea, intrigat de circuitele relee. Și, la fel ca Bush, este îngrijorat de amenințarea tot mai mare a războiului cu Germania. Așa că a preluat un proiect criptografic al unei terțe părți, un multiplicator binar care ar putea fi folosit pentru a cripta mesajele militare. Turing l-a construit din relee fabricate în atelierul de mașini al universității.
Tot în 1937, Howard Aiken se gândea la un presupus calculator automat. Aiken, un student absolvent de inginerie electrică la Harvard, și-a făcut o mare parte din calculele cu nimic mai mult decât un calculator mecanic și cărți de calcul de matematică tipărite. El a propus un design care să scape de această rutină. Spre deosebire de dispozitivele de calcul existente, acesta trebuia să proceseze procesele automat și ciclic, folosind rezultatele calculelor anterioare ca intrare pentru următoarele.
Între timp, la Nippon Electric Company, inginerul de telecomunicații Akira Nakashima a cercetat conexiunile dintre circuitele relee și matematică încă din 1935. În cele din urmă, în 1938, el a demonstrat în mod independent echivalența circuitelor releu cu algebra booleană, pe care Shannon o descoperise cu un an mai devreme.
La Berlin, Konrad Zuse, un fost inginer aeronautic obosit de calculele nesfârșite necesare la serviciu, căuta fonduri pentru a construi un al doilea computer. Nu a reușit ca primul său dispozitiv mecanic, V1, să funcționeze în mod fiabil, așa că a vrut să creeze un computer releu, pe care l-a dezvoltat împreună cu prietenul său, inginerul de telecomunicații Helmut Schreyer.
Universalitatea releelor telefonice, concluziile despre logica matematică, dorința minților strălucitoare de a scăpa de munca uluitoare - toate acestea s-au împletit și au condus la apariția ideii unui nou tip de mașină logică.
generație uitată
Fructele descoperirilor și dezvoltărilor din 1937 au trebuit să se coacă pentru câțiva ani. Războiul s-a dovedit a fi cel mai puternic îngrășământ și, odată cu apariția lui, calculatoarele releu au început să apară oriunde exista expertiza tehnică necesară. Logica matematică a devenit podgoria ingineriei electrice. Au apărut noi forme de mașini de calcul programabile - prima versiune a computerelor moderne.
Pe lângă mașinile Stiebitz, până în 1944 SUA s-ar putea lăuda cu Calculatorul controlat cu secvență automată Harvard Mark I/IBM (ASCC), rezultat al propunerii lui Aiken. Numele dublu a apărut din cauza deteriorării relațiilor dintre mediul academic și industrie: toată lumea a revendicat dispozitivul. Mark I/ASCC a folosit circuite de control cu relee, dar modulul aritmetic principal a fost construit pe arhitectura calculatorului mecanic IBM. Mașina a fost creată pentru nevoile Biroului de Construcții Navale din SUA. Succesorul său Mark II a început să lucreze în 1948 la locul de testare al Marinei, iar toate operațiunile sale s-au bazat exclusiv pe relee - 13 de relee.
Zuse a construit mai multe calculatoare releu în timpul războiului, din ce în ce mai complexe. Punctul culminant a fost V4, care, la fel ca Bell Model V, a inclus setări pentru apelarea subrutinelor și efectuarea de salturi condiționate. Din cauza lipsei de materiale în Japonia, niciunul dintre desenele lui Nakashima și ale compatrioților săi nu au fost întruchipate în metal până când țara și-a revenit din război. În anii 1950, nou-înființatul Minister al Comerțului Exterior și Industriei a finanțat crearea a două mașini releu, dintre care al doilea era un monstru cu 20 de relee. Fujitsu, care a fost implicată în creație, și-a dezvoltat propriile produse comerciale.
Astăzi, aceste mașini sunt aproape complet uitate. Un singur nume rămâne în memorie - ENIAC (ENIAC). Motivul uitării nu este legat de complexitatea, capacitățile sau viteza lor. Proprietățile computaționale și logice ale releelor descoperite de oameni de știință și cercetători se aplică oricărui tip de dispozitiv care poate acționa ca un comutator. Și s-a întâmplat că un alt dispozitiv similar era disponibil - electronic un comutator care ar putea funcționa de sute de ori mai repede decât un releu.
Importanța celui de-al Doilea Război Mondial în istoria mașinilor de calcul ar trebui să fie deja evidentă. Cel mai teribil război a fost impulsul pentru dezvoltarea mașinilor electronice. Înființarea sa a eliberat resursele necesare pentru a depăși deficiențele evidente ale comutatoarelor electronice. Dominația calculatoarelor electromecanice a fost de scurtă durată. La fel ca titanii, ei au fost rasturnati de copiii lor. La fel ca releele, comutația electronică a provenit din nevoile industriei de telecomunicații. Și pentru a afla de unde a venit, trebuie să ne întoarcem istoria înapoi până la zorii erei radio.
Sursa: www.habr.com