Në tonë përshkroi rritjen e ndërprerësve automatikë të telefonit, të cilët kontrolloheshin duke përdorur qarqe rele. Këtë herë ne duam të flasim për mënyrën se si shkencëtarët dhe inxhinierët zhvilluan qarqet rele në gjeneratën e parë - tani të harruar - të kompjuterëve dixhitalë.
Stafetë në zenitin e saj
Nëse ju kujtohet, funksionimi i një stafetë bazohet në një parim të thjeshtë: një elektromagnet përdor një çelës metalik. Ideja e një stafete u propozua në mënyrë të pavarur nga disa natyralistë dhe sipërmarrës në biznesin e telegrafit në vitet 1830. Më pas, në mesin e shekullit të XNUMX-të, shpikësit dhe mekanikët i kthyen reletë në një komponent të besueshëm dhe të domosdoshëm të rrjeteve telegrafike. Pikërisht në këtë zonë jeta e stafetës arriti zenitin e saj: ajo u miniaturua dhe brezat e inxhinierëve krijuan një mori dizajnesh ndërsa stërviteshin zyrtarisht në matematikë dhe fizikë.
Në fillim të shekullit të 1870-të, jo vetëm sistemet komutuese automatike, por edhe pothuajse të gjitha pajisjet e rrjetit telefonik përmbanin një lloj rele. Një nga përdorimet më të hershme në komunikimet telefonike daton në vitet XNUMX, në centralet manuale. Kur abonenti ktheu dorezën e telefonit (dorezën magneto), një sinjal u dërgua në centralin telefonik, duke ndezur blenderin. Një boshllëk është një stafetë që, kur aktivizohet, bën që një përplasje metalike të bjerë në tavolinën e komutimit të operatorit telefonik, duke treguar një telefonatë në hyrje. Pastaj operatori i zonjës së re futi prizën në lidhës, stafeta u rivendos, pas së cilës u bë e mundur të ngrihej përsëri përplasja, e cila mbahej në këtë pozicion nga elektromagneti.
Deri në vitin 1924, dy inxhinierë të Bell shkruanin, se centrali telefonik tipik manual u shërbeu rreth 10 abonentëve. Pajisjet e saj përmbanin 40-65 mijë stafetë, forca totale magnetike e të cilave ishte "e mjaftueshme për të ngritur 10 tonë". Në centralet e mëdha telefonike me ndërprerës makinerie këto karakteristika shumëzoheshin me dy. Shumë miliona reletë u përdorën në të gjithë sistemin telefonik të SHBA-së dhe numri po rritej vazhdimisht ndërsa centralet telefonike u automatizuan. Një lidhje telefonike mund të shërbehet nga disa deri në disa qindra reletë, në varësi të numrit dhe pajisjeve të centraleve telefonike të përfshira.
Fabrikat e Western Electric, një degë prodhuese e Bell Corporation, prodhuan një gamë të madhe stafetësh. Inxhinierët kanë krijuar kaq shumë modifikime sa që mbarështuesit më të sofistikuar të qenve ose kujdestarët e pëllumbave do ta kishin zili këtë diversitet. Shpejtësia e funksionimit dhe ndjeshmëria e stafetës u optimizuan, dhe dimensionet u zvogëluan. Në vitin 1921, Western Electric prodhoi pothuajse 5 milion rele të njëqind llojeve bazë. Më e popullarizuara ishte stafeta universale e tipit E, një pajisje e sheshtë, pothuajse drejtkëndore që peshonte disa dhjetëra gram. Në pjesën më të madhe, ai ishte bërë nga pjesë metalike të stampuara, d.m.th. ishte i avancuar teknologjikisht në prodhim. Strehimi mbronte kontaktet nga pluhuri dhe rrymat e induktuara nga pajisjet fqinje: zakonisht reletë montoheshin afër njëri-tjetrit, në rafte me qindra e mijëra rele. Janë zhvilluar gjithsej 3 variante të tipit E, secila me konfigurime të ndryshme të mbështjelljes dhe kontaktit.
Së shpejti këto rele filluan të përdoren në çelsat më komplekse.
Komutator i koordinatave
Në vitin 1910, Gotthilf Betulander, një inxhinier në Royal Telegrafverket, korporata shtetërore që kontrollonte pjesën më të madhe të tregut suedez të telefonisë (për dekada, pothuajse të gjithë), kishte një ide. Ai besonte se mund të përmirësonte shumë efikasitetin e operacioneve të Telegrafverket duke ndërtuar sisteme komutuese automatike të bazuara tërësisht në reletë. Më saktësisht, në matricat rele: rrjeta shufrash çeliku të lidhura me linja telefonike, me reletë në kryqëzimet e shufrave. Një ndërprerës i tillë duhet të jetë më i shpejtë, më i besueshëm dhe më i lehtë për t'u mirëmbajtur sesa sistemet e bazuara në kontakte rrëshqitëse ose rrotulluese.
Për më tepër, Betulander doli me idenë se ishte e mundur të ndaheshin pjesët e përzgjedhjes dhe lidhjes së sistemit në qarqe stafetë të pavarura. Dhe pjesa tjetër e sistemit duhet të përdoret vetëm për të krijuar një kanal zanor dhe më pas të lirohet për të trajtuar një telefonatë tjetër. Kjo do të thotë, Betulander doli me një ide që më vonë u quajt "kontroll i përbashkët".
Ai e quajti qarkun që ruan numrin e thirrjeve hyrëse "regjistrues" (një term tjetër është regjistri). Dhe qarku që gjen dhe "shënon" një lidhje të disponueshme në rrjet quhet "shënues". Autori patentoi sistemin e tij. Disa stacione të tilla u shfaqën në Stokholm dhe Londër. Dhe në vitin 1918, Betulander mësoi për një risi amerikane: ndërprerësin e koordinatave, krijuar nga inxhinieri i Bell John Reynolds pesë vjet më parë. Ky ndërprerës ishte shumë i ngjashëm me dizajnin e Betulander, por ai përdorej n+m stafetë shërbimi n+m nyjet e matricës, e cila ishte shumë më e përshtatshme për zgjerimin e mëtejshëm të centraleve telefonike. Kur bëni një lidhje, shiriti mbajtës mbërtheu "gishtat" e vargut të pianos dhe shiriti përzgjedhës lëvizi përgjatë matricës për t'u lidhur me një telefonatë tjetër. Vitin e ardhshëm, Betulander e inkorporoi këtë ide në dizajnin e tij të ndërprerës.
Por shumica e inxhinierëve e konsideruan krijimin e Betulander-it të çuditshëm dhe të panevojshëm kompleks. Kur erdhi koha për të zgjedhur një sistem komutues për të automatizuar rrjetet e qyteteve më të mëdha të Suedisë, Telegrafverket zgjodhi një dizajn të zhvilluar nga Ericsson. Çelësat Betulander përdoreshin vetëm në centralet e vogla telefonike në zonat rurale: reletë ishin më të besueshme se automatizimi i motorizuar i ndërprerësve Ericsson dhe nuk kërkonin teknikë të mirëmbajtjes në çdo central.
Sidoqoftë, inxhinierët amerikanë të telefonisë kishin një mendim të ndryshëm për këtë çështje. Në vitin 1930, specialistët e Bell Labs erdhën në Suedi dhe ishin "shumë të impresionuar me parametrat e modulit të ndërprerësit të koordinatave". Kur amerikanët u kthyen, ata filluan menjëherë të punonin në atë që u bë i njohur si sistemi i koordinatave nr. 1, duke zëvendësuar çelsat e paneleve në qytetet e mëdha. Deri në vitin 1938, dy sisteme të tilla u instaluan në Nju Jork. Ata shpejt u bënë pajisje standarde për centralet telefonike të qytetit, derisa çelësat elektronikë i zëvendësuan më shumë se 30 vjet më vonë.
Komponenti më interesant i X-Switch Nr. 1 ishte një shënues i ri, më kompleks i zhvilluar në Bell. Ai synonte të kërkonte një rrugë të lirë nga thirrësi tek i thirruri përmes disa moduleve të koordinatave të lidhura me njëri-tjetrin, duke krijuar kështu një lidhje telefonike. Shënuesi gjithashtu duhej të testonte çdo lidhje për gjendjen e lirë/të zënë. Kjo kërkonte aplikimin e logjikës së kushtëzuar. Siç shkroi historiani Robert Chapuis:
Zgjedhja është e kushtëzuar sepse një lidhje e lirë mbahet vetëm nëse siguron akses në një rrjet që ka një lidhje të lirë në nivelin tjetër si dalje. Nëse disa grupe lidhjesh plotësojnë kushtet e dëshiruara, atëherë "logjika preferenciale" zgjedh një nga lidhjet më të pakta...
Ndërprerësi i koordinatave është një shembull i shkëlqyer i fekondimit të kryqëzuar të ideve teknologjike. Betulander krijoi çelësin e tij me të gjitha stafetë, më pas e përmirësoi atë me një matricë komutuese Reynolds dhe vërtetoi performancën e dizajnit që rezulton. Inxhinierët e AT&T më vonë ridizajnuan këtë ndërprerës hibrid, e përmirësuan atë dhe krijuan Sistemin Koordinues Nr. 1. Ky sistem më pas u bë një komponent i dy kompjuterëve të hershëm, njëri prej të cilëve tani njihet si një moment historik në historinë e informatikës.
Puna matematikore
Për të kuptuar se si dhe pse reletë dhe kushërinjtë e tyre elektronikë ndihmuan të revolucionarizojnë kompjuterin, na duhet një depërtim i shkurtër në botën e llogaritjes. Pas saj, do të bëhet e qartë pse kishte një kërkesë të fshehur për optimizimin e proceseve informatike.
Nga fillimi i shekullit të XNUMX-të, i gjithë sistemi i shkencës dhe inxhinierisë moderne bazohej në punën e mijëra njerëzve që kryenin llogaritjet matematikore. Ata u thirrën kompjuterët (kompjuter) [Për të shmangur konfuzionin, termi do të përdoret në të gjithë tekstin kalkulatorë. - Shënim. korsi]. Në vitet 1820, Charles Babbage krijoi (edhe pse aparati i tij kishte paraardhës ideologjikë). Detyra e tij kryesore ishte të automatizonte ndërtimin e tabelave matematikore, për shembull për lundrim (llogaritja e funksioneve trigonometrike me përafrime polinomiale në 0 gradë, 0,01 gradë, 0,02 gradë, etj.). Kishte gjithashtu një kërkesë të madhe për llogaritjet matematikore në astronomi: ishte e nevojshme të përpunoheshin rezultatet e papërpunuara të vëzhgimeve teleskopike në zona fikse të sferës qiellore (në varësi të kohës dhe datës së vëzhgimeve) ose të përcaktoheshin orbitat e objekteve të reja (për shembull, kometa e Halley).
Që nga koha e Babbage, nevoja për makina kompjuterike është rritur shumë herë. Kompanitë e energjisë elektrike duhej të kuptonin sjelljen e sistemeve të transmetimit të energjisë elektrike me veti dinamike jashtëzakonisht komplekse. Armët e çelikut Bessemer, të afta për të hedhur predha mbi horizont (dhe për këtë arsye, falë vëzhgimit të drejtpërdrejtë të objektivit, ato nuk synoheshin më), kërkonin tabela balistike gjithnjë e më të sakta. Mjetet e reja statistikore që përfshinin sasi të mëdha llogaritjesh matematikore (siç është metoda e katrorëve më të vegjël) u përdorën gjithnjë e më shumë si në shkencë ashtu edhe në aparatin qeveritar në rritje. Departamentet e informatikës u shfaqën në universitete, agjenci qeveritare dhe korporata industriale, të cilat zakonisht rekrutonin gra.
Llogaritësit mekanikë vetëm sa e lehtësuan problemin e llogaritjeve, por nuk e zgjidhën atë. Llogaritësit përshpejtuan veprimet aritmetike, por çdo problem kompleks shkencor ose inxhinierik kërkonte qindra ose mijëra operacione, secili prej të cilave kalkulatori (njerëzor) duhej të kryente manualisht, duke regjistruar me kujdes të gjitha rezultatet e ndërmjetme.
Disa faktorë kontribuan në shfaqjen e qasjeve të reja për problemin e llogaritjeve matematikore. Shkencëtarët dhe inxhinierët e rinj, të cilët llogaritnin me dhimbje detyrat e tyre gjatë natës, donin t'u jepnin pushim duarve dhe syve. Menaxherët e projekteve u detyruan të derdhnin gjithnjë e më shumë para për pagat e kompjuterëve të shumtë, veçanërisht pas Luftës së Parë Botërore. Së fundi, shumë probleme të avancuara shkencore dhe inxhinierike ishin të vështira për t'u llogaritur me dorë. Të gjithë këta faktorë çuan në krijimin e një sërë kompjuterësh, puna në të cilën u krye nën udhëheqjen e Vannevar Bush, një inxhinier elektrik në Institutin e Teknologjisë në Massachusetts (MIT).
Analizator diferencial
Deri në këtë pikë, historia ka qenë shpesh jopersonale, por tani do të fillojmë të flasim më shumë për njerëz të veçantë. Fama kaloi mbi krijuesit e çelësit të panelit, stafetës së tipit E dhe qarkut fiducial të shënuesit. As anekdota biografike nuk kanë mbijetuar rreth tyre. E vetmja dëshmi e disponueshme publike e jetës së tyre janë mbetjet fosile të makinave që ata krijuan.
Tani mund të fitojmë një kuptim më të thellë të njerëzve dhe të kaluarës së tyre. Por ne nuk do të takojmë më ata që punuan shumë në papafingo dhe punëtori në shtëpi - Morse dhe Vail, Bell dhe Watson. Nga fundi i Luftës së Parë Botërore, epoka e shpikësve heroikë pothuajse kishte përfunduar. Thomas Edison mund të konsiderohet një figurë kalimtare: në fillim të karrierës së tij ai ishte një shpikës i punësuar dhe në fund të tij ai u bë pronar i një "fabrike shpikjeje". Deri atëherë, zhvillimi i teknologjive të reja më të dukshme ishte bërë domeni i organizatave - universiteteve, departamenteve të kërkimit të korporatave, laboratorëve qeveritarë. Personat për të cilët do të flasim në këtë pjesë i përkisnin organizatave të tilla.
Për shembull, Vannevar Bush. Ai mbërriti në MIT në vitin 1919, kur ishte 29 vjeç. Pak më shumë se 20 vjet më vonë, ai ishte një nga njerëzit që ndikoi në pjesëmarrjen e Shteteve të Bashkuara në Luftën e Dytë Botërore dhe ndihmoi në rritjen e financimit të qeverisë, gjë që ndryshoi përgjithmonë marrëdhëniet midis qeverisë, akademisë dhe zhvillimit të shkencës dhe teknologjisë. Por për qëllimet e këtij artikulli, ne jemi të interesuar për një seri makinerish që u zhvilluan në laboratorin Bush nga mesi i viteve 1920 dhe synonin të zgjidhnin problemin e llogaritjeve matematikore.
MIT, i cili kohët e fundit ishte zhvendosur nga Bostoni qendror në bregun ujor të lumit Charles në Kembrixh, ishte në përputhje të ngushtë me nevojat e industrisë. Vetë Bush, përveç profesorit, kishte interesa financiare në disa ndërmarrje në fushën e elektronikës. Pra, nuk duhet të jetë befasi që problemi që i shtyu Busch dhe studentët e tij të punonin në pajisjen e re kompjuterike e kishte origjinën në industrinë e energjisë: simulimi i sjelljes së linjave të transmetimit në kushtet e ngarkesës së pikut. Natyrisht, ky ishte vetëm një nga shumë aplikacionet e mundshme të kompjuterëve: llogaritjet e lodhshme matematikore kryheshin kudo.
Busch dhe kolegët e tij fillimisht ndërtuan dy makina të quajtura integrafë të produktit. Por makina më e famshme dhe e suksesshme MIT ishte një tjetër - analizues diferencial, përfunduar në vitin 1931. Ai zgjidhi problemet me transmetimin e energjisë elektrike, llogariti orbitat e elektroneve, trajektoret e rrezatimit kozmik në fushën magnetike të Tokës dhe shumë më tepër. Studiuesit në mbarë botën, në nevojë për fuqi kompjuterike, krijuan dhjetëra kopje dhe variacione të analizuesit diferencial në vitet 1930. Disa janë edhe nga Meccano (analogu anglez i grupeve amerikane të konstruksionit për fëmijë të markës ).
Një analizues diferencial është një kompjuter analog. Funksionet matematikore u llogaritën duke përdorur shufra metalike rrotulluese, shpejtësia e rrotullimit të secilës prej të cilave pasqyronte një vlerë sasiore. Motori drejtonte një shufër të pavarur - një ndryshore (zakonisht përfaqësonte kohën), e cila, nga ana tjetër, rrotullonte shufra të tjera (ndryshore të ndryshme diferenciale) përmes lidhjeve mekanike, dhe një funksion u llogarit në bazë të shpejtësisë së rrotullimit të hyrjes. Rezultatet e llogaritjeve u vizatuan në letër në formën e kthesave. Komponentët më të rëndësishëm ishin integratorët - rrotat që rrotulloheshin si disqe. Integruesit mund të llogarisin integralin e një kurbë pa llogaritje të lodhshme manuale.
Analizator diferencial. Moduli integral - me një kapak të ngritur, në anën e dritares ka tabela me rezultatet e llogaritjeve, dhe në mes - një grup shufrash llogaritëse
Asnjë nga komponentët e analizuesit nuk përmbante rele diskrete komutuese ose ndonjë ndërprerës dixhital. Pra, pse po flasim për këtë pajisje? Përgjigja është e katërta makinë familjare.
Në fillim të viteve 1930, Bush filloi t'i afrohej fondacionit Rockefeller për të marrë fonde për zhvillimin e mëtejshëm të analizuesit. Warren Weaver, drejtuesi i shkencave natyrore të fondacionit, fillimisht nuk ishte i bindur. Inxhinieria nuk ishte fusha e tij e ekspertizës. Por Busch mbrojti potencialin e pakufishëm të makinës së tij të re për aplikime shkencore – veçanërisht në biologjinë matematikore, projektin e Weaver. Bush premtoi gjithashtu përmirësime të shumta për analizuesin, duke përfshirë "aftësinë për të kaluar shpejt analizuesin nga një problem në tjetrin, si një central telefonik". Në vitin 1936, përpjekjet e tij u shpërblyen me një grant prej 85 dollarësh për krijimin e një pajisjeje të re, e cila më vonë u quajt Analiza diferenciale Rockefeller.
Si një kompjuter praktik, ky analizues nuk ishte një zbulim i madh. Bush, i cili u bë zëvendëspresident i MIT dhe dekan i inxhinierisë, nuk mund t'i kushtonte shumë kohë drejtimit të zhvillimit. Në fakt, ai shpejt u tërhoq, duke marrë detyrën si kryetar i Institutit Carnegie në Uashington. Bush ndjeu se lufta po afrohej dhe ai kishte disa ide shkencore dhe industriale që mund t'i shërbenin nevojave të ushtrisë. Domethënë, ai donte të ishte më afër qendrës së pushtetit, ku mund të ndikonte në mënyrë më efektive në zgjidhjen e çështjeve të caktuara.
Në të njëjtën kohë, problemet teknike të diktuara nga dizajni i ri u zgjidhën nga stafi i laboratorit dhe ata shpejt filluan të devijohen për të punuar në problemet ushtarake. Makina Rockefeller u përfundua vetëm në 1942. Ushtria e pa të dobishme për prodhimin në linjë të tabelave balistike për artileri. Por së shpejti kjo pajisje u eklips thjesht dixhitale kompjuterë—duke përfaqësuar numrat jo si sasi fizike, por në mënyrë abstrakte, duke përdorur pozicionet e ndërprerësit. Kështu ndodhi që vetë analizuesi Rockefeller përdori mjaft ndërprerës të ngjashëm, të përbërë nga qarqe stafetë.
Shannon
Në vitin 1936, Claude Shannon ishte vetëm 20 vjeç, por ai tashmë ishte diplomuar në Universitetin e Miçiganit me një diplomë bachelor në inxhinieri elektrike dhe matematikë. Ai u soll në MIT nga një fletushka e fiksuar në një tabelë buletini. Vannevar Bush po kërkonte një asistent të ri për të punuar në analizuesin diferencial. Shannon paraqiti aplikimin e tij pa hezitim dhe së shpejti po punonte për problemet e reja përpara se pajisja e re të fillonte të merrte formë.
Shannon nuk ishte aspak si Bush. Ai nuk ishte as biznesmen, as ndërtues perandorie akademike, as administrator. Gjatë gjithë jetës së tij ai i donte lojërat, enigmat dhe argëtimet: shah, mashtrim, labirint, kriptograme. Si shumë burra të epokës së tij, gjatë luftës, Shannon iu përkushtua bizneseve serioze: ai mbajti një pozicion në Bell Labs nën një kontratë qeveritare, e cila mbronte trupin e tij të dobët nga rekrutimi ushtarak. Hulumtimet e tij mbi kontrollin e zjarrit dhe kriptografinë gjatë kësaj periudhe çuan nga ana e tij në një punë thelbësore mbi teorinë e informacionit (të cilën ne nuk do ta prekim). Në vitet 1950, ndërsa lufta dhe pasojat e saj u qetësuan, Shannon iu kthye mësimdhënies në MIT, duke e kaluar kohën e tij të lirë në diversione: një makinë llogaritëse që punonte ekskluzivisht me numra romakë; një makinë, kur u ndez, nga ajo u shfaq një krah mekanik dhe e fiku makinën.
Struktura e makinës Rockefeller që Shannon hasi ishte logjikisht e njëjtë me atë të analizuesit të vitit 1931, por ajo u ndërtua nga përbërës fizikë krejtësisht të ndryshëm. Busch kuptoi se shufrat dhe ingranazhet mekanike në makinat e vjetra reduktuan efikasitetin e përdorimit të tyre: për të kryer llogaritjet, makina duhej të vendosej, gjë që kërkonte shumë orë pune nga mekanikë të aftë.
Analizatori i ri e ka humbur këtë pengesë. Dizajni i tij nuk bazohej në një tavolinë me shufra, por në një komutator të kryqëzuar me disqe, një prototip i tepërt i dhuruar nga Bell Labs. Në vend të transmetimit të energjisë nga një bosht qendror, çdo modul integral drejtohej në mënyrë të pavarur nga një motor elektrik. Për të konfiguruar makinën për të zgjidhur një problem të ri, mjaftonte thjesht të konfiguroni reletë në matricën e koordinatave për të lidhur integruesit në sekuencën e dëshiruar. Një lexues kasetë me grushta (i huazuar nga një pajisje tjetër telekomunikacioni, teletipi i rrotullimit) lexoi konfigurimin e makinës dhe një qark stafetë konvertoi sinjalin nga shiriti në sinjale kontrolli për matricën - ishte njësoj si vendosja e një serie thirrjesh telefonike midis integruesve.
Makina e re jo vetëm që ishte shumë më e shpejtë dhe më e lehtë për t'u instaluar, por ishte gjithashtu më e shpejtë dhe më e saktë se paraardhësi i saj. Ajo mund të zgjidhte probleme më komplekse. Sot ky kompjuter mund të konsiderohet primitiv, madje edhe ekstravagant, por në atë kohë vëzhguesve u dukej se ishte një inteligjencë e madhe - ose ndoshta e tmerrshme - në punë:
Në thelb, është një robot matematike. Një automat me energji elektrike i krijuar jo vetëm për të lehtësuar trurin e njeriut nga barra e llogaritjeve dhe analizave të rënda, por edhe për të sulmuar problemet matematikore që nuk mund të zgjidhen mendërisht dhe për t'i zgjidhur ato.
Shannon u përqendrua në konvertimin e të dhënave nga shiriti i letrës në udhëzime për "trurin" dhe qarku i stafetës ishte përgjegjës për këtë operacion. Ai vuri re korrespondencën midis strukturës së qarkut dhe strukturave matematikore të algjebrës së Bulit, të cilën ai e studioi në shkollën pasuniversitare në Michigan. Kjo është një algjebër operandët e së cilës ishin E VËRTETË dhe E rreme, dhe nga operatorët - DHE, OSE, JO etj.Algjebër që i përgjigjet pohimeve logjike.
Pasi kaloi verën e vitit 1937 duke punuar në Bell Labs në Manhattan (një vend ideal për të menduar rreth qarqeve të stafetës), Shannon shkroi tezën e tij të magjistraturës me titull "Analiza simbolike e rele dhe qarqeve ndërruese". Së bashku me punën e Alan Turing një vit më parë, teza e Shannon formoi themelin e shkencës informatike.
Në vitet 1940 dhe 1950, Shannon ndërtoi disa makina informatike/logjike: kalkulatori romak i llogaritjes THROBAC, një makinë në fund të lojës së shahut dhe Tezeu, një labirint nëpër të cilin lëvizte një mi elektromekanik (foto)
Shannon zbuloi se një sistem ekuacionesh logjike propozicionale mund të konvertohej drejtpërdrejt mekanikisht në një qark fizik të ndërprerësve rele. Ai përfundoi: "Pothuajse çdo operacion që mund të përshkruhet në një numër të kufizuar hapash duke përdorur fjalë NËSE, DHE, OSE etj., mund të kryhet automatikisht duke përdorur një stafetë." Për shembull, dy reletë ndërprerës të kontrolluar të lidhur në seri formojnë një logjikë И: Rryma do të rrjedhë përmes telit kryesor vetëm kur të dy elektromagnetët janë aktivizuar për të mbyllur çelësat. Në të njëjtën kohë, dy stafetë të lidhur në formë paralele OR: Rryma rrjedh nëpër qarkun kryesor, e aktivizuar nga njëri prej elektromagnetëve. Dalja e një qarku të tillë logjik, nga ana tjetër, mund të kontrollojë elektromagnetët e releve të tjerë për të prodhuar operacione logjike më komplekse si (A И B) ose (C И G).
Shannon e përfundoi disertacionin e tij me një shtojcë që përmban disa shembuj të qarqeve të krijuara duke përdorur metodën e tij. Meqenëse veprimet e algjebrës së Bulit janë shumë të ngjashme me veprimet aritmetike në binar (d.m.th., duke përdorur numra binar), ai tregoi se si një stafetë mund të mblidhet në një "mbledhës elektrik në binar" - ne e quajmë atë një grumbullues binar. Disa muaj më vonë, një nga shkencëtarët e Bell Labs ndërtoi një grumbullues të tillë në tryezën e tij të kuzhinës.
Stibitz
George Stibitz, një studiues në departamentin e matematikës në selinë e Bell Labs në Manhattan, solli në shtëpi një grup të çuditshëm pajisjesh në një mbrëmje të errët nëntori në 1937. Qelizat e thara të baterisë, dy drita të vogla për panelet e harduerit dhe disa stafetë të sheshtë të tipit U të gjetura në koshin e plehrave. Duke shtuar disa tela dhe disa mbeturina, ai montoi një pajisje që mund të shtonte dy numra binarë njëshifrorë (të përfaqësuar nga prania ose mungesa e një tensioni hyrës) dhe të nxirrte një numër dyshifror duke përdorur llamba: një për ndezur, zero. për jashtë.
Mbledhja binar Stiebitz
Stiebitz, një fizikan me përvojë, iu kërkua të vlerësonte vetitë fizike të magneteve rele. Ai nuk kishte fare përvojë të mëparshme me reletë dhe kështu filloi duke studiuar përdorimin e tyre në qarqet telefonike Bell. George shpejt vuri re ngjashmëri midis disa prej qarqeve dhe operacioneve aritmetike binare. I intriguar, ai mblodhi projektin e tij anësor në tryezën e kuzhinës.
Në fillim, marrëdhënia e Stiebitz me reletë ngjalli pak interes në mesin e menaxhmentit të Bell Labs. Por në vitin 1938, kreu i grupit kërkimor e pyeti Xhorxhin nëse llogaritësit e tij mund të përdoreshin për veprime aritmetike me numra komplekse (p.sh. a+biKu i është rrënja katrore e një numri negativ). Doli se disa departamente informatike në Bell Labs tashmë po rënkonin sepse vazhdimisht duhej të shumëzonin dhe të ndanin numra të tillë. Shumëzimi i një numri kompleks kërkon katër operacione aritmetike në një kalkulator desktop, pjesëtimi kërkonte 16 operacione. Stibitz tha se ai mund ta zgjidhte problemin dhe projektoi një qark makinerie për llogaritje të tilla.
Dizajni përfundimtar, i cili u mishërua në metal nga inxhinieri i telefonit Samuel Williams, u quajt Kompjuteri me numra kompleks - ose shkurt Kompjuteri kompleks - dhe u lançua në vitin 1940. Për llogaritjet u përdorën 450 reletë, rezultatet e ndërmjetme u ruajtën në dhjetë ndërprerës koordinatash. Të dhënat u futën dhe u morën duke përdorur një teletip rrotullues. Departamentet e Bell Labs instaluan tre teletipe të tillë, gjë që tregon një nevojë të madhe për fuqi kompjuterike. Reletë, matrica, teletipe - në çdo mënyrë ishte produkt i sistemit Bell.
Ora më e mirë e Kompjuterit Kompjuter u zhvillua më 11 shtator 1940. Stiebitz prezantoi një raport mbi kompjuterin në një takim të Shoqërisë Amerikane të Matematikës në Kolegjin Dartmouth. Ai ra dakord që atje do të instalohej një teletip me një lidhje telegrafike me Kompjuterin Kompleks në Manhatan, 400 kilometra larg. Të interesuarit mund të shkojnë te teletipi, të fusin kushtet e problemit në tastierë dhe të shohin sesi në më pak se një minutë teletipi printon në mënyrë magjike rezultatin. Midis atyre që testuan produktin e ri ishin John Mauchly dhe John von Neumann, secili prej të cilëve do të luante një rol të rëndësishëm në vazhdimin e historisë sonë.
Pjesëmarrësit e takimit panë një vështrim të shkurtër të botës së ardhshme. Më vonë, kompjuterët u bënë aq të shtrenjtë saqë administratorët nuk mund të përballonin më t'i linin të rrinin pa punë, ndërsa përdoruesi gërvishtte mjekrën e tij përpara konzollës së menaxhimit, duke menduar se çfarë të shkruante më pas. Gjatë 20 viteve të ardhshme, shkencëtarët do të mendojnë se si të ndërtojnë kompjuterë me qëllime të përgjithshme që gjithmonë do të presin që ju të futni të dhëna në to, edhe kur punoni në diçka tjetër. Dhe më pas do të kalojnë edhe 20 vite të tjera derisa kjo mënyrë interaktive e llogaritjes të bëhet rend i ditës.
Stiebitz prapa Terminalit Interaktiv Dartmouth në vitet 1960. Kolegji Dartmouth ishte një pionier në informatikë interaktive. Stiebitz u bë profesor kolegji në 1964
Është për t'u habitur që, pavarësisht problemeve që zgjidh, Kompjuteri Kompleksi, sipas standardeve moderne, nuk është aspak një kompjuter. Ai mund të kryejë veprime aritmetike në numra komplekse dhe ndoshta të zgjidhë probleme të tjera të ngjashme, por jo probleme me qëllime të përgjithshme. Nuk ishte i programueshëm. Ai nuk mund të kryente operacione në mënyrë të rastësishme ose në mënyrë të përsëritur. Ishte një kalkulator i aftë për të bërë llogaritje të caktuara shumë më mirë se paraardhësit e tij.
Me shpërthimin e Luftës së Dytë Botërore, Bell, nën udhëheqjen e Stiebitz, krijoi një seri kompjuterësh të quajtur Modeli II, Modeli III dhe Modeli IV (Kompjuteri Kompleksi, në përputhje me rrethanat, u emërua Modeli I). Shumica e tyre u ndërtuan me kërkesë të Komitetit të Kërkimit të Mbrojtjes Kombëtare, dhe ai drejtohej nga askush tjetër përveç Vannevar Bush. Stibitz përmirësoi dizajnin e makinerive në drejtim të shkathtësisë më të madhe të funksioneve dhe programueshmërisë.
Për shembull, Llogaritësi Balistik (më vonë Modeli III) u zhvillua për nevojat e sistemeve të kontrollit të zjarrit kundërajror. Ai hyri në shërbim në 1944 në Fort Bliss, Teksas. Pajisja përmbante 1400 stafetë dhe mund të ekzekutonte një program operacionesh matematikore të përcaktuara nga një sekuencë udhëzimesh në një shirit letre me lak. Një kasetë me të dhëna hyrëse u dha veçmas, dhe të dhënat tabelare u dhanë veçmas. Kjo bëri të mundur gjetjen e shpejtë të vlerave, për shembull, funksionet trigonometrike pa llogaritje reale. Inxhinierët Bell zhvilluan qarqe speciale kërkimi (qarqe gjuetie) që skanonin shiritin përpara/prapa dhe kërkonin adresën e vlerës së dëshiruar të tabelës, pavarësisht nga llogaritjet. Stibitz zbuloi se kompjuteri i tij Model III, duke klikuar reletë ditën dhe natën, zëvendësoi 25-40 kompjuterë.
Raftet e stafetës Bell Model III
Makina Model V nuk kishte më kohë për të parë shërbimin ushtarak. Është bërë edhe më i gjithanshëm dhe më i fuqishëm. Nëse vlerësojmë numrin e kompjuterëve që ai zëvendësoi, atëherë ai ishte afërsisht dhjetë herë më i madh se Modeli III. Disa module kompjuterike me 9 mijë rele mund të merrnin të dhëna hyrëse nga disa stacione, ku përdoruesit futnin kushtet e detyrave të ndryshme. Çdo stacion i tillë kishte një lexues kasetë për futjen e të dhënave dhe pesë për udhëzime. Kjo bëri të mundur thirrjen e nënprogrameve të ndryshme nga kaseta kryesore gjatë llogaritjes së një detyre. Moduli kryesor i kontrollit (në thelb një analog i sistemit operativ) shpërndau udhëzime midis moduleve kompjuterike në varësi të disponueshmërisë së tyre dhe programet mund të kryenin degë të kushtëzuara. Nuk ishte më vetëm një kalkulator.
Viti i mrekullive: 1937
Viti 1937 mund të konsiderohet një pikë kthese në historinë e informatikës. Atë vit, Shannon dhe Stibitz vunë re ngjashmëri midis qarqeve stafetë dhe funksioneve matematikore. Këto gjetje çuan Bell Labs të krijonin një seri makinerish të rëndësishme dixhitale. Ishte disi - apo edhe zëvendësim - kur një stafetë modeste telefonike, pa ndryshuar formën e saj fizike, u bë mishërimi i matematikës dhe logjikës abstrakte.
Në të njëjtin vit në numrin e janarit të botimit Procedurat e Shoqërisë Matematikore të Londrës botoi një artikull të matematikanit britanik Alan Turing “Për numrat e llogaritshëm në lidhje me "(Për numrat e llogaritshëm, me një aplikim për problemin Entscheidungs). Ai përshkruante një makinë kompjuterike universale: autori argumentoi se ajo mund të kryente veprime që ishin logjikisht të barabarta me veprimet e kompjuterëve njerëzorë. Turing, i cili kishte hyrë në shkollën pasuniversitare në Universitetin Princeton vitin e kaluar, ishte gjithashtu i intriguar nga qarqet rele. Dhe, si Bush, ai është i shqetësuar për kërcënimin në rritje të luftës me Gjermaninë. Kështu ai mori përsipër një projekt kriptografie anësore - një shumëzues binar që mund të përdoret për të enkriptuar komunikimet ushtarake. Turing e ndërtoi atë nga reletë të montuara në makineritë universitare.
Gjithashtu në vitin 1937, Howard Aiken po mendonte për një makinë të propozuar automatike kompjuterike. Një student i diplomuar në inxhinieri elektrike në Harvard, Aiken bëri pjesën e tij të duhur të llogaritjeve duke përdorur vetëm një kalkulator mekanik dhe libra të printuar me tabela matematikore. Ai propozoi një dizajn që do ta eliminonte këtë rutinë. Ndryshe nga pajisjet ekzistuese kompjuterike, supozohej të përpunonte proceset në mënyrë automatike dhe ciklike, duke përdorur rezultatet e llogaritjeve të mëparshme si hyrje në tjetrën.
Ndërkohë, në Nippon Electric Company, inxhinieri i telekomunikacionit Akira Nakashima kishte eksploruar lidhjet midis qarqeve të stafetës dhe matematikës që nga viti 1935. Më në fund, në vitin 1938, ai vërtetoi në mënyrë të pavarur ekuivalencën e qarqeve rele me algjebrën e Bulit, të cilën Shannon e kishte zbuluar një vit më parë.
Në Berlin, Konrad Zuse, një ish-inxhinier avionësh i lodhur nga llogaritjet e pafundme të kërkuara në punë, po kërkonte fonde për të ndërtuar një kompjuter të dytë. Ai nuk mundi ta bënte pajisjen e tij të parë mekanike, V1, të punonte në mënyrë të besueshme, kështu që ai donte të bënte një kompjuter stafetë, të cilin e zhvilloi bashkë me mikun e tij, inxhinierin e telekomunikacionit Helmut Schreyer.
Shkathtësia e releve telefonike, përfundimet rreth logjikës matematikore, dëshira e mendjeve të ndritura për të hequr qafe punën e mpirë mendjen - e gjithë kjo u ndërthur dhe çoi në shfaqjen e idesë së një lloji të ri të makinës logjike.
Brezi i harruar
Frytet e zbulimeve dhe zhvillimeve të vitit 1937 duhej të piqeshin për disa vite. Lufta doli të ishte plehrat më të fuqishme dhe me ardhjen e saj, kompjuterët rele filluan të shfaqen kudo ku ekzistonte ekspertiza e nevojshme teknike. Logjika matematikore u bë kafaz për hardhitë e inxhinierisë elektrike. U shfaqën forma të reja të makinerive kompjuterike të programueshme - skica e parë e kompjuterëve modernë.
Përveç makinerive të Stiebitz-it, deri në vitin 1944 SHBA mund të mburrej me Llogaritësin Automatik të Kontrolluar me Sekuencë të Harvard Mark I/IBM (ASCC), si rezultat i propozimit të Aiken. Emri i dyfishtë u ngrit për shkak të përkeqësimit të marrëdhënieve midis akademisë dhe industrisë: të gjithë pretenduan të drejtat për pajisjen. Mark I/ASCC përdorte qarqe kontrolli rele, por njësia kryesore aritmetike bazohej në arkitekturën e kalkulatorëve mekanikë IBM. Automjeti është krijuar për nevojat e Byrosë Amerikane të Ndërtimit të Anijeve. Pasardhësi i tij, Mark II, filloi të funksionojë në vitin 1948 në një vend testimi të Marinës dhe të gjitha operacionet e tij bazoheshin tërësisht në stafetë - 13 stafetë.
Gjatë luftës, Zuse ndërtoi disa kompjuterë rele, gjithnjë e më komplekse. Kulmi ishte V4, i cili, si Bell Model V, përfshinte cilësimet për thirrjen e nënprogrameve dhe kryente degë të kushtëzuara. Për shkak të mungesës së materialit në Japoni, asnjë nga dizenjot e Nakashima dhe bashkatdhetarëve të tij nuk u realizua në metal derisa vendi u rikuperua nga lufta. Në vitet 1950, Ministria e sapoformuar e Tregtisë së Jashtme dhe Industrisë financoi krijimin e dy makinerive rele, e dyta prej të cilave ishte një përbindësh me 20 mijë stafetë. Fujitsu, i cili mori pjesë në krijimin, ka zhvilluar produktet e veta komerciale.
Sot këto makina janë pothuajse plotësisht të harruara. Në kujtesën time ka mbetur vetëm një emër - ENIAC. Arsyeja e harresës nuk lidhet me kompleksitetin, aftësitë apo shpejtësinë e tyre. Karakteristikat llogaritëse dhe logjike të releve, të zbuluara nga shkencëtarët dhe studiuesit, vlejnë për çdo lloj pajisjeje që mund të veprojë si ndërprerës. Dhe kështu ndodhi që një pajisje tjetër e ngjashme ishte në dispozicion - elektronik një ndërprerës që mund të funksionojë qindra herë më shpejt se një rele.
Rëndësia e Luftës së Dytë Botërore në historinë e informatikës duhet të jetë tashmë e dukshme. Lufta më e tmerrshme u bë shtysa për zhvillimin e makinave elektronike. Nisja e tij çliroi burimet e nevojshme për të kapërcyer mangësitë e dukshme të ndërprerësve elektronikë. Sundimi i kompjuterëve elektromekanikë ishte jetëshkurtër. Ashtu si Titanët, ata u rrëzuan nga fëmijët e tyre. Ashtu si reletë, kalimi elektronik u ngrit nga nevojat e industrisë së telekomunikacionit. Dhe për të zbuluar se nga erdhi, ne duhet ta kthejmë historinë tonë në një moment në agimin e epokës së radios.
Burimi: www.habr.com