I vår beskrev uppkomsten av automatiska telefonväxlar, som styrdes med hjälp av reläkretsar. Den här gången vill vi prata om hur forskare och ingenjörer utvecklade reläkretsar i den första – nu bortglömda – generationen digitala datorer.
Stafett i sin zenit
Om du kommer ihåg är driften av ett relä baserad på en enkel princip: en elektromagnet driver en metallomkopplare. Idén om ett relä föreslogs oberoende av flera naturforskare och entreprenörer inom telegrafbranschen på 1830-talet. Sedan, i mitten av XNUMX-talet, gjorde uppfinnare och mekaniker reläer till en pålitlig och oumbärlig komponent i telegrafnätverk. Det var i det här området som stafettens liv nådde sin zenit: den miniatyriserades och generationer av ingenjörer skapade en myriad av mönster samtidigt som de formellt tränade i matematik och fysik.
I början av 1870-talet innehöll inte bara automatiska växlingssystem, utan även nästan all telefonnätsutrustning någon typ av relä. En av de tidigaste användningarna inom telefonkommunikation går tillbaka till XNUMX-talet, i manuella växel. När abonnenten vred på telefonhandtaget (magneto-handtaget) sändes en signal till telefonväxeln som satte på mixern. En blanker är ett relä som, när det utlöses, gör att en metallklaff faller på telefonoperatörens växlingsbord, vilket indikerar ett inkommande samtal. Sedan satte den unga damoperatören in kontakten i kontakten, reläet återställdes, varefter det var möjligt att höja klaffen igen, som hölls i detta läge av elektromagneten.
År 1924, skrev två Bell-ingenjörer, tjänade den typiska manuella telefonväxeln cirka 10 40 abonnenter. Hennes utrustning innehöll 65-10 tusen reläer, vars totala magnetiska kraft var "tillräcklig för att lyfta XNUMX ton." I stora telefonväxlar med maskinväxlar multiplicerades dessa egenskaper med två. Många miljoner reläer användes i hela det amerikanska telefonsystemet, och antalet ökade ständigt i takt med att telefonväxlarna automatiserades. En telefonförbindelse skulle kunna betjänas av från några till flera hundra reläer, beroende på antalet och utrustningen på de inblandade telefonväxlarna.
Fabrikerna till Western Electric, ett tillverkningsdotterbolag till Bell Corporation, producerade ett stort utbud av reläer. Ingenjörer har skapat så många modifieringar att de mest sofistikerade hunduppfödarna eller duvhållarna skulle avundas denna sort. Drifthastigheten och känsligheten hos reläet optimerades och dimensionerna reducerades. 1921 producerade Western Electric nästan 5 miljoner reläer av hundra grundläggande typer. Det mest populära var Type E universalrelä, en platt, nästan rektangulär enhet som vägde flera tiotals gram. För det mesta var den gjord av stämplade metalldelar, d.v.s. den var tekniskt avancerad i produktionen. Huset skyddade kontakterna från damm och inducerade strömmar från närliggande enheter: vanligtvis monterades reläerna nära varandra, i ställ med hundratals och tusentals reläer. Totalt utvecklades 3 XNUMX Typ E-varianter, var och en med olika lindnings- och kontaktkonfigurationer.
Snart började dessa reläer användas i de mest komplexa switcharna.
Koordinatkommutator
1910 fick Gotthilf Betulander, ingenjör vid Kungliga Telegrafverket, det statliga bolag som kontrollerade större delen av den svenska telefonmarknaden (i decennier nästan hela den), en idé. Han trodde att han kraftigt skulle kunna effektivisera Telegrafverkets verksamhet genom att bygga automatiska kopplingssystem helt baserade på reläer. Närmare bestämt, på relämatriser: rutnät av stålstänger anslutna till telefonlinjer, med reläer i korsningarna mellan stavarna. En sådan omkopplare bör vara snabbare, mer pålitlig och lättare att underhålla än system baserade på glidande eller roterande kontakter.
Dessutom kom Betulander på idén att det var möjligt att separera urvals- och anslutningsdelarna av systemet i oberoende reläkretsar. Och resten av systemet bör endast användas för att upprätta en röstkanal och sedan frigöras för att hantera ett annat samtal. Det vill säga, Betulander kom på en idé som senare kallades "gemensam kontroll".
Han kallade kretsen som lagrar det inkommande samtalsnumret "inspelare" (en annan term är register). Och kretsen som hittar och "markerar" en tillgänglig anslutning i nätet kallas en "markör". Författaren patenterade sitt system. Flera sådana stationer dök upp i Stockholm och London. Och 1918 fick Betulander veta om en amerikansk innovation: koordinatväxeln, skapad av Bell-ingenjören John Reynolds fem år tidigare. Denna switch var mycket lik Betulanders design, men den användes n+m servicerelä n+m matrisnoder, vilket var mycket bekvämare för ytterligare utbyggnad av telefonväxlar. När du gjorde en anslutning, klämde hållstången fast pianosträngens "fingrar" och valstången flyttade sig längs matrisen för att ansluta till ett annat samtal. Året därpå införlivade Betulander denna idé i sin switchdesign.
Men de flesta ingenjörer ansåg att Betulanders skapelse var märklig och onödigt komplex. När det var dags att välja ett växelsystem för att automatisera näten i Sveriges största städer valde Telegrafverket en design utvecklad av Ericsson. Betulander-växlar användes endast i små telefonväxlar på landsbygden: reläerna var mer tillförlitliga än den motoriserade automatiseringen av Ericsson-växlar och krävde inte underhållstekniker vid varje växel.
Amerikanska telefoningenjörer hade dock en annan uppfattning i denna fråga. 1930 kom Bell Labs-specialister till Sverige och var "mycket imponerade av parametrarna för koordinatväxelmodulen." När amerikanerna kom tillbaka började de omedelbart arbeta med det som blev känt som koordinatsystemet nr 1, som ersatte panelomkopplare i stora städer. År 1938 installerades två sådana system i New York. De blev snart standardutrustning för stadstelefonväxlar, tills elektroniska växlar ersatte dem mer än 30 år senare.
Den mest intressanta komponenten i X-Switch nr 1 var en ny, mer komplex markör som utvecklats på Bell. Det var tänkt att söka efter en ledig väg från uppringaren till den uppringda genom flera koordinatmoduler kopplade till varandra och därigenom skapa en telefonförbindelse. Markören var också tvungen att testa varje anslutning för ledig/upptagen-tillståndet. Detta krävde tillämpning av villkorlig logik. Som historikern Robert Chapuis skrev:
Valet är villkorat eftersom en ledig anslutning endast hålls om den ger tillgång till ett nät som har en ledig anslutning till nästa nivå som sin utgång. Om flera uppsättningar anslutningar uppfyller de önskade villkoren, väljer "preferenslogiken" en av de minsta anslutningarna...
Koordinatväxeln är ett bra exempel på korsbefruktning av tekniska idéer. Betulander skapade sin all-relay switch, förbättrade den sedan med en Reynolds switching matris och bevisade prestandan för den resulterande designen. AT&T-ingenjörer designade senare om den här hybridswitchen, förbättrade den och skapade koordinatsystem nr 1. Detta system blev sedan en komponent i två tidiga datorer, varav den ena nu är känd som en milstolpe i datorns historia.
Matematiskt arbete
För att förstå hur och varför reläer och deras elektroniska kusiner hjälpte till att revolutionera datoranvändning, behöver vi en kort inblick i kalkylens värld. Efter det kommer det att bli tydligt varför det fanns en dold efterfrågan på optimering av beräkningsprocesser.
I början av XNUMX-talet var hela systemet för modern vetenskap och ingenjörskonst baserat på tusentals människors arbete som utför matematiska beräkningar. De kallades datorer (datorer) [För att undvika förvirring kommer termen att användas i hela texten miniräknare. - Notera. körfält]. Tillbaka på 1820-talet skapade Charles Babbage (även om hans apparat hade ideologiska föregångare). Dess huvudsakliga uppgift var att automatisera konstruktionen av matematiska tabeller, till exempel för navigering (beräkning av trigonometriska funktioner genom polynomapproximationer vid 0 grader, 0,01 grader, 0,02 grader, etc.). Det fanns också en stor efterfrågan på matematiska beräkningar inom astronomi: det var nödvändigt att bearbeta råa resultat av teleskopiska observationer i fasta områden av himlaklotet (beroende på tid och datum för observationer) eller bestämma banorna för nya objekt (till exempel, Halleys komet).
Sedan Babbages tid har behovet av datorer ökat många gånger om. Elkraftsföretag behövde förstå beteendet hos kraftöverföringssystem i stamnätet med extremt komplexa dynamiska egenskaper. Bessemer stålpistoler, som kan kasta granater över horisonten (och därför, tack vare direkt observation av målet, var de inte längre riktade), krävde allt mer exakta ballistiska tabeller. Nya statistiska verktyg som involverade stora mängder matematiska beräkningar (som minsta kvadraters metod) användes alltmer både inom vetenskapen och i den växande regeringsapparaten. Dataavdelningar uppstod på universitet, statliga myndigheter och industriföretag, som vanligtvis rekryterade kvinnor.
Mekaniska miniräknare gjorde bara problemet med beräkningar lättare, men löste det inte. Miniräknare påskyndade aritmetiska operationer, men alla komplexa vetenskapliga eller tekniska problem krävde hundratals eller tusentals operationer, som var och en av den (mänskliga) räknaren var tvungen att utföra manuellt och noggrant registrera alla mellanliggande resultat.
Flera faktorer bidrog till framväxten av nya metoder för problemet med matematiska beräkningar. Unga vetenskapsmän och ingenjörer, som smärtsamt beräknade sina uppgifter på natten, ville ge sina händer och ögon en vila. Projektledare tvingades lägga ut mer och mer pengar för lönerna för många datorer, särskilt efter första världskriget. Slutligen var många avancerade vetenskapliga och tekniska problem svåra att beräkna för hand. Alla dessa faktorer ledde till skapandet av en serie datorer, vars arbete utfördes under ledning av Vannevar Bush, en elektroingenjör vid Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Differentialanalysator
Fram till denna punkt har historien ofta varit opersonlig, men nu ska vi börja prata mer om specifika personer. Berömmelse gick över skaparna av panelomkopplaren, Type E-reläet och referensmarkeringskretsen. Inte ens biografiska anekdoter har överlevt om dem. Det enda offentligt tillgängliga beviset på deras liv är de fossila resterna av de maskiner de skapade.
Vi kan nu få en djupare förståelse för människor och deras förflutna. Men vi kommer inte längre att möta dem som jobbat hårt på vinden och verkstäderna hemma – Morse och Vail, Bell och Watson. I slutet av första världskriget var eran av heroiska uppfinnare nästan över. Thomas Edison kan betraktas som en övergångsfigur: i början av sin karriär var han en anlitad uppfinnare, och i slutet av det blev han ägare till en "uppfinnarfabrik." Då hade utvecklingen av de mest anmärkningsvärda nya teknologierna blivit organisationers domän – universitet, företagsforskningsavdelningar, statliga laboratorier. De personer vi kommer att prata om i det här avsnittet tillhörde sådana organisationer.
Till exempel Vannevar Bush. Han anlände till MIT 1919, när han var 29 år gammal. Lite mer än 20 år senare var han en av de personer som påverkade USA:s deltagande i andra världskriget och bidrog till att öka statlig finansiering, vilket för alltid förändrade förhållandet mellan regeringen, akademin och utvecklingen av vetenskap och teknik. Men för denna artikels syften är vi intresserade av en serie maskiner som utvecklades i Bush-laboratoriet från mitten av 1920-talet och var avsedda att lösa problemet med matematiska beräkningar.
MIT, som nyligen hade flyttat från centrala Boston till Charles River vid vattnet i Cambridge, var nära anpassat till industrins behov. Bush själv hade, utöver sin professur, ekonomiska intressen i flera företag inom elektronikområdet. Så det borde inte komma som någon överraskning att problemet som fick Busch och hans elever att arbeta med den nya datorenheten har sitt ursprung i energiindustrin: simulering av transmissionsledningars beteende under toppbelastningsförhållanden. Uppenbarligen var detta bara en av många möjliga tillämpningar av datorer: tråkiga matematiska beräkningar utfördes överallt.
Busch och hans kollegor byggde först två maskiner som kallas produktintegrafer. Men den mest kända och framgångsrika MIT-maskinen var en annan - differentialanalysator, färdig 1931. Han löste problem med överföring av elektricitet, beräknade elektronernas banor, banorna för kosmisk strålning i jordens magnetfält och mycket mer. Forskare runt om i världen, i behov av datorkraft, skapade dussintals kopior och varianter av differentialanalysatorn på 1930-talet. Vissa är till och med från Meccano (den engelska analogen av märkets amerikanska barnbyggsatser ).
En differentialanalysator är en analog dator. Matematiska funktioner beräknades med hjälp av roterande metallstavar, vars rotationshastighet återspeglade något kvantitativt värde. Motorn drev en oberoende stång - en variabel (vanligtvis representerade den tid), som i sin tur roterade andra stavar (olika differentialvariabler) genom mekaniska anslutningar, och en funktion beräknades baserat på den ingående rotationshastigheten. Resultaten av beräkningarna ritades på papper i form av kurvor. De viktigaste komponenterna var integratörerna - hjul som roterade som skivor. Integratörer kunde beräkna integralen av en kurva utan tråkiga manuella beräkningar.
Differentialanalysator. Integral modul - med ett upphöjt lock, på sidan av fönstret finns tabeller med resultat av beräkningar, och i mitten - en uppsättning datorstavar
Ingen av analysatorns komponenter innehöll diskreta omkopplingsreläer eller några digitala omkopplare. Så varför pratar vi om den här enheten? Svaret är fjärde familjebil.
I början av 1930-talet började Bush uppvakta Rockefeller Foundation för att få finansiering för vidareutveckling av analysatorn. Warren Weaver, stiftelsens chef för naturvetenskap, var till en början inte övertygad. Ingenjörsvetenskap var inte hans expertområde. Men Busch hyllade sin nya maskins gränslösa potential för vetenskapliga tillämpningar – särskilt inom matematisk biologi, Weavers husdjursprojekt. Bush lovade också många förbättringar av analysatorn, inklusive "förmågan att snabbt växla analysatorn från ett problem till ett annat, som en telefonväxel." 1936 belönades hans ansträngningar med ett anslag på $85 XNUMX för skapandet av en ny enhet, som senare kallades Rockefeller Differential Analyzer.
Som en praktisk dator var denna analysator inget stort genombrott. Bush, som blev MIT:s vicepresident och dekan för ingenjörsvetenskap, kunde inte ägna mycket tid åt att styra utvecklingen. Faktum är att han snart drog sig tillbaka och tillträdde som ordförande för Carnegie Institution i Washington. Bush kände att kriget närmade sig, och han hade flera vetenskapliga och industriella idéer som kunde tjäna militärens behov. Det vill säga, han ville vara närmare maktens centrum, där han mer effektivt kunde påverka lösningen av vissa frågor.
Samtidigt löstes de tekniska problem som den nya designen dikterade av laboratoriepersonalen och de började snart omdirigeras för att arbeta med militära problem. Rockefeller-maskinen färdigställdes först 1942. Militären fann det användbart för in-line produktion av ballistiska bord för artilleri. Men snart förmörkades den här enheten rent digital datorer—representerar siffror inte som fysiska storheter, utan abstrakt, med hjälp av omkopplarpositioner. Det råkade bara vara så att själva Rockefeller-analysatorn använde en hel del liknande omkopplare, bestående av reläkretsar.
Shannon
1936 var Claude Shannon bara 20 år gammal, men han hade redan tagit examen från University of Michigan med en kandidatexamen i elektroteknik och matematik. Han fördes till MIT av ett flygblad som fästs på en anslagstavla. Vannevar Bush letade efter en ny assistent för att arbeta med differentialanalysatorn. Shannon skickade in sin ansökan utan att tveka och arbetade snart med nya problem innan den nya enheten började ta form.
Shannon var ingenting som Bush. Han var varken affärsman, akademisk imperiumbyggare eller administratör. Hela sitt liv älskade han spel, pussel och underhållning: schack, jonglering, labyrinter, kryptogram. Liksom många män i hans tid ägnade Shannon sig under kriget åt seriösa affärer: han hade en position på Bell Labs under ett regeringskontrakt, som skyddade hans svaga kropp från militär värnplikt. Hans forskning om brandkontroll och kryptografi under denna period ledde i sin tur till ett framstående arbete med informationsteori (som vi inte kommer att beröra). På 1950-talet, när kriget och dess efterdyningar avtog, återvände Shannon till undervisning vid MIT och ägnade sin fritid åt omledningar: en miniräknare som uteslutande arbetade med romerska siffror; en maskin, när den slogs på, dök en mekanisk arm upp från den och stängde av maskinen.
Strukturen på Rockefeller-maskinen som Shannon stötte på var logiskt sett densamma som analysatorn från 1931, men den byggdes av helt andra fysiska komponenter. Busch insåg att stängerna och de mekaniska kugghjulen i äldre maskiner minskade effektiviteten i deras användning: för att utföra beräkningar var maskinen tvungen att ställas in, vilket krävde många mantimmars arbete av skickliga mekaniker.
Den nya analysatorn har tappat denna nackdel. Dess design baserades inte på ett bord med stavar, utan på en cross-disc kommutator, en överskottsprototyp donerad av Bell Labs. Istället för att överföra kraft från en central axel, drevs varje integrerad modul oberoende av en elektrisk motor. För att konfigurera maskinen för att lösa ett nytt problem räckte det med att helt enkelt konfigurera reläerna i koordinatmatrisen för att ansluta integratörerna i önskad sekvens. En stansad bandläsare (lånad från en annan telekommunikationsenhet, roll teletype) läste maskinens konfiguration och en reläkrets omvandlade signalen från bandet till styrsignaler för matrisen – det var som att sätta upp en serie telefonsamtal mellan integratörer.
Den nya maskinen var inte bara mycket snabbare och enklare att ställa in, den var också snabbare och mer exakt än sin föregångare. Hon kunde lösa mer komplexa problem. Idag kan den här datorn betraktas som primitiv, till och med extravagant, men på den tiden verkade det för observatörer vara någon stor - eller kanske fruktansvärd - intelligens på jobbet:
I grund och botten är det en matematikrobot. En elektriskt driven automat utformad inte bara för att befria den mänskliga hjärnan från bördan av tunga beräkningar och analyser, utan för att attackera och lösa matematiska problem som inte kan lösas av sinnet.
Shannon koncentrerade sig på att konvertera data från pappersbandet till instruktioner för "hjärnan", och reläkretsen var ansvarig för denna operation. Han märkte överensstämmelsen mellan strukturen av kretsen och de matematiska strukturerna av boolesk algebra, som han studerade i forskarskolan i Michigan. Detta är en algebra vars operander var Sant och falskt, och av operatörer - OCH, ELLER, INTE etc. Algebra som motsvarar logiska påståenden.
Efter att ha tillbringat sommaren 1937 med att arbeta på Bell Labs på Manhattan (en idealisk plats för att tänka på reläkretsar), skrev Shannon sin masteruppsats med titeln "A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits." Tillsammans med Alan Turings arbete året innan, utgjorde Shannons avhandling grunden för datavetenskap.
På 1940- och 1950-talen byggde Shannon flera datorer/logiska maskiner: den romerska kalkylatorn THROBAC, en slutspelsmaskin för schack och Theseus, en labyrint genom vilken en elektromekanisk mus rörde sig (bilden)
Shannon upptäckte att ett system av propositionella logiska ekvationer direkt kunde omvandlas mekaniskt till en fysisk krets av reläomkopplare. Han avslutade: "I stort sett vilken operation som helst som kan beskrivas i ett begränsat antal steg med hjälp av ord OM, OCH, ELLER etc., kan utföras automatiskt med hjälp av ett relä." Till exempel bildar två styrda brytarreläer kopplade i serie en logik И: Ström kommer att flyta genom huvudledningen endast när båda elektromagneterna aktiveras för att stänga omkopplarna. Samtidigt två reläer kopplade i parallell form ELLER: Ström flyter genom huvudkretsen, aktiverad av en av elektromagneterna. Utsignalen från en sådan logisk krets kan i sin tur styra elektromagneterna hos andra reläer för att producera mer komplexa logiska operationer som (A И B) eller (C И G).
Shannon avslutade sin avhandling med en bilaga som innehöll flera exempel på kretsar skapade med hans metod. Eftersom operationerna i den booleska algebra liknar aritmetiska operationer i binärt (dvs med binära tal), visade han hur ett relä kunde sättas ihop till en "elektrisk adderare i binär" - vi kallar det en binär adderare. Några månader senare byggde en av Bell Labs-forskarna en sådan huggorm på sitt köksbord.
Stibitz
George Stibitz, en forskare vid matematikavdelningen vid Bell Labs huvudkontor på Manhattan, tog hem en märklig uppsättning utrustning en mörk novemberkväll 1937. Torra battericeller, två små lampor för hårdvarupanelerna och ett par platta typ U-reläer som finns i en papperskorg. Genom att lägga till några ledningar och lite skräp, satte han ihop en enhet som kunde lägga till två ensiffriga binära tal (representerade av närvaron eller frånvaron av en inspänning) och mata ut ett tvåsiffrigt nummer med hjälp av glödlampor: en för på, noll för av.
Binär Stiebitz huggorm
Stiebitz, en fysiker av utbildning, ombads att utvärdera de fysiska egenskaperna hos relämagneter. Han hade ingen tidigare erfarenhet av reläer alls och började därför med att studera deras användning i Bell-telefonkretsar. George märkte snart likheter mellan några av kretsarna och binära aritmetiska operationer. Intresserad satte han ihop sitt sidoprojekt på köksbordet.
Till en början väckte Stiebitz pyssel med reläer lite intresse bland Bell Labs ledning. Men 1938 frågade chefen för forskargruppen George om hans miniräknare kunde användas för aritmetiska operationer med komplexa tal (t. a+bivar i är kvadratroten ur ett negativt tal). Det visade sig att flera datoravdelningar på Bell Labs redan stönade för att de hela tiden var tvungna att multiplicera och dividera sådana tal. Att multiplicera ett komplext tal krävde fyra aritmetiska operationer på en datorkalkylator, division krävde 16 operationer. Stibitz sa att han kunde lösa problemet och designade en maskinkrets för sådana beräkningar.
Den slutliga designen, som förkroppsligades i metall av telefoningenjören Samuel Williams, kallades Complex Number Computer - eller förkortat Complex Computer - och lanserades 1940. 450 reläer användes för beräkningar, mellanresultat lagrades i tio koordinatväxlar. Data matades in och togs emot med en roll teletype. Bell Labs avdelningar installerade tre sådana teletyper, vilket indikerar ett stort behov av datorkraft. Reläer, matris, teletyper - på alla sätt var det en produkt av Bell-systemet.
Complex Computers finaste timme inföll den 11 september 1940. Stiebitz presenterade en rapport på datorn vid ett möte med American Mathematical Society vid Dartmouth College. Han gick med på att en teletyp skulle installeras där med telegrafanslutning till Complex Computer på Manhattan, 400 kilometer bort. De intresserade kunde gå till teletypen, ange villkoren för problemet på tangentbordet och se hur teletypen på mindre än en minut skriver ut resultatet på magiskt sätt. Bland dem som testade den nya produkten var John Mauchly och John von Neumann, som var och en skulle spela en viktig roll i att fortsätta vår historia.
Mötesdeltagarna fick se en kort glimt av framtidens värld. Senare blev datorer så dyra att administratörer inte längre hade råd att låta dem sitta sysslolösa medan användaren kliade sig på hakan framför hanteringskonsolen och undrade vad han skulle skriva härnäst. Under de kommande 20 åren kommer forskare att fundera på hur man bygger datorer för allmänna ändamål som alltid kommer att vänta på att du ska mata in data i dem, även när de arbetar med något annat. Och sedan kommer ytterligare 20 år att gå tills detta interaktiva datorsätt blir dagens ordning.
Stiebitz bakom Dartmouth Interactive Terminal på 1960-talet. Dartmouth College var en pionjär inom interaktiv datoranvändning. Stiebitz blev högskoleprofessor 1964
Det är förvånande att, trots problemen den löser, Complex Computer, med moderna standarder, inte alls är en dator. Det skulle kunna utföra aritmetiska operationer på komplexa tal och förmodligen lösa andra liknande problem, men inte generella problem. Det var inte programmerbart. Han kunde inte utföra operationer i slumpmässig ordning eller upprepade gånger. Det var en miniräknare som kunde göra vissa beräkningar mycket bättre än sina föregångare.
Med andra världskrigets utbrott skapade Bell, under ledning av Stiebitz, en serie datorer som heter Model II, Model III och Model IV (Complex Computer, följaktligen, fick namnet Model I). De flesta av dem byggdes på begäran av National Defense Research Committee, och den leddes av ingen mindre än Vannevar Bush. Stibitz förbättrade maskinernas design i form av större mångsidighet av funktioner och programmerbarhet.
Till exempel utvecklades den ballistiska kalkylatorn (senare modell III) för behoven av luftvärnsbrandledningssystem. Den togs i drift 1944 i Fort Bliss, Texas. Enheten innehöll 1400 25 reläer och kunde utföra ett program med matematiska operationer som bestäms av en sekvens av instruktioner på en öglad papperstejp. Ett band med indata tillhandahölls separat och tabelldata tillhandahölls separat. Detta gjorde det möjligt att snabbt hitta värden för till exempel trigonometriska funktioner utan riktiga beräkningar. Bells ingenjörer utvecklade speciella sökkretsar (jaktkretsar) som skannade bandet framåt/bakåt och sökte efter adressen till det önskade tabellvärdet, oavsett beräkningarna. Stibitz fann att hans modell III-dator, som klickade reläer dag och natt, ersatte 40-XNUMX datorer.
Bell Model III reläställ
Model V-bilen hann inte längre se militärtjänst. Den har blivit ännu mer mångsidig och kraftfull. Om vi utvärderar antalet datorer som den ersatte, så var den ungefär tio gånger större än Model III. Flera datormoduler med 9 tusen reläer kunde ta emot indata från flera stationer, där användare angav villkoren för olika uppgifter. Varje sådan station hade en bandläsare för datainmatning och fem för instruktioner. Detta gjorde det möjligt att anropa olika subrutiner från huvudbandet vid beräkning av en uppgift. Huvudkontrollmodulen (i huvudsak en analog till operativsystemet) distribuerade instruktioner mellan datormoduler beroende på deras tillgänglighet, och program kunde utföra villkorade grenar. Det var inte längre bara en miniräknare.
Miraklens år: 1937
Året 1937 kan betraktas som en vändpunkt i datorns historia. Det året märkte Shannon och Stibitz likheter mellan reläkretsar och matematiska funktioner. Dessa fynd ledde till att Bell Labs skapade en serie viktiga digitala maskiner. Det var typ - eller till och med substitution - när ett blygsamt telefonrelä, utan att ändra sin fysiska form, blev förkroppsligandet av abstrakt matematik och logik.
Samma år i januarinumret av publikationen Proceedings of the London Mathematical Society publicerade en artikel av den brittiske matematikern Alan Turing ”On computable numbers in relation to "(På beräkningsbara nummer, med en applikation till Entscheidungsproblemet). Den beskrev en universell datormaskin: författaren hävdade att den kunde utföra handlingar som logiskt sett var likvärdiga med handlingar från mänskliga datorer. Turing, som hade gått in på forskarskolan vid Princeton University föregående år, var också fascinerad av reläkretsar. Och liksom Bush är han bekymrad över det växande hotet om krig med Tyskland. Så han tog sig an ett sidokryptografiprojekt — en binär multiplikator som kunde användas för att kryptera militär kommunikation. Turing byggde den från reläer monterade i universitetets maskinverkstad.
Även 1937 tänkte Howard Aiken på en föreslagen automatisk datormaskin. Aiken, en doktorand i elektroteknik från Harvard, gjorde sin beskärda del av beräkningarna med enbart en mekanisk miniräknare och tryckta böcker med matematiska tabeller. Han föreslog en design som skulle eliminera denna rutin. Till skillnad från befintliga datorenheter var det meningen att den skulle bearbeta processer automatiskt och cykliskt, med hjälp av resultaten från tidigare beräkningar som indata till nästa.
Under tiden, på Nippon Electric Company, hade telekommunikationsingenjören Akira Nakashima undersökt kopplingarna mellan reläkretsar och matematik sedan 1935. Slutligen, 1938, bevisade han självständigt att reläkretsar var likvärdiga med boolesk algebra, som Shannon hade upptäckt ett år tidigare.
I Berlin letade Konrad Zuse, en före detta flygplansingenjör trött på de oändliga beräkningar som krävs på jobbet, efter pengar för att bygga en andra dator. Han kunde inte få sin första mekaniska enhet, V1, att fungera tillförlitligt, så han ville göra en relädator, som han utvecklade tillsammans med sin vän, telekommunikationsingenjören Helmut Schreyer.
Mångsidigheten hos telefonreläer, slutsatser om matematisk logik, ljusa sinnens önskan att bli av med bedövande arbete - allt detta sammanflätade och ledde till uppkomsten av idén om en ny typ av logisk maskin.
Glömd generation
Frukterna av upptäckterna och utvecklingen 1937 fick mogna i flera år. Krig visade sig vara det mest kraftfulla gödselmedlet och med dess tillkomst började relädatorer dyka upp varhelst den nödvändiga tekniska expertisen fanns. Matematisk logik blev spaljén för elektroteknikens vinstockar. Nya former av programmerbara datormaskiner dök upp - den första skissen av moderna datorer.
Utöver Stiebitz maskiner kunde USA 1944 skryta med Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), ett resultat av Aikens förslag. Dubbelnamnet uppstod på grund av försämringen av relationerna mellan akademi och industri: alla hävdade rättigheter till enheten. Mark I/ASCC använde relästyrkretsar, men den huvudsakliga aritmetiska enheten baserades på arkitekturen hos IBMs mekaniska räknare. Fordonet skapades för behoven hos US Bureau of Shipbuilding. Dess efterträdare, Mark II, började fungera 1948 på en marinens testplats, och alla dess operationer baserades helt på reläer - 13 XNUMX reläer.
Under kriget byggde Zuse flera relädatorer, allt mer komplexa. Kulmen var V4:an, som, liksom Bell Model V, innehöll inställningar för anrop av subrutiner och utförde villkorliga grenar. På grund av materialbrist i Japan realiserades ingen av Nakashimas och hans landsmäns design i metall förrän landet återhämtade sig från kriget. På 1950-talet finansierade det nybildade ministeriet för utrikeshandel och industri skapandet av två relämaskiner, varav den andra var ett monster med 20 tusen reläer. Fujitsu, som deltog i skapandet, har utvecklat sina egna kommersiella produkter.
Idag är dessa maskiner nästan helt bortglömda. Endast ett namn finns kvar i minnet - ENIAC. Orsaken till glömskan är inte relaterad till deras komplexitet, eller förmåga eller hastighet. De beräkningsmässiga och logiska egenskaperna hos reläer, upptäckta av forskare och forskare, gäller för alla typer av enheter som kan fungera som en switch. Och så hände det att en annan liknande enhet var tillgänglig - elektronisk en switch som kunde fungera hundratals gånger snabbare än ett relä.
Vikten av andra världskriget i datorns historia borde redan vara uppenbar. Det mest fruktansvärda kriget blev drivkraften för utvecklingen av elektroniska maskiner. Dess lansering frigjorde de resurser som behövdes för att övervinna de uppenbara bristerna med elektroniska switchar. De elektromekaniska datorernas regeringstid var kortlivad. Liksom titanerna störtades de av sina barn. Liksom reläer uppstod elektronisk växling från telekommunikationsindustrins behov. Och för att ta reda på var den kom ifrån måste vi spola tillbaka vår historia till ett ögonblick i radiotidens gryning.
Källa: will.com