I vår beskrivning av blomstringen av automatiska telefonväxlar, som styrdes med reläskydd. Denna gång vill vi berätta om hur forskare och ingenjörer utvecklade reläskydd i den första - nu för länge sedan glömda - generationen av digitala datorer.
Reläet i zenit
Om ni minns, bygger reläets arbete på en enkel princip: en elektromagnet driver en metallomkopplare. Idén om reläet föreslogs under 1830-talet oberoende av varandra av flera naturvetare och entreprenörer inom telegrafering. Sedan omvandlade uppfinnare och mekaniker reläet under mitten av 1800-talet till en pålitlig och oumbärlig komponent i telegrafinät. Just inom detta område nådde reläet sin kulmen: det miniaturiserades, och generationer av ingenjörer skapade en mängd olika konstruktioner, formellt utbildade i matematik och fysik.
I början av 1900-talet innehöll inte bara automatiska växelsystem utan nästan all utrustning i telefonnät olika typer av reläer. En av de tidigaste tillämpningarna inom telefonkommunikation går tillbaka till 1870-talet, i manuella växlar. När en abonnent vred på telefonens vev (veven till magneten), skickades en signal till telefonstationen som aktiverade bläcker. Bläcken är ett relä, vars aktivering på växlingsbordet hos telefonisten fick en metallklap att falla, vilket indikerade mottagandet av ett inkommande samtal. Då satte operatören in en kontakt i uttaget, reläet återställdes, och sedan kunde klappen igen höjas, vilken i det läget hölls på plats av elektromagneten.
År 1924, som två ingenjörer från Bell Company skrev, betjänade en typisk manuell telefonstation cirka 10 000 abonnenter. I dess utrustning fanns 40 000 till 65 000 reläer, vars sammanlagda magnetkraft var "tillräcklig för att lyfta 10 ton". I stora telefonstationer med maskinella växlar dubblades dessa siffror. I hela det amerikanska telefoninätet användes många miljoner reläer, och deras antal ökade ständigt i takt med automatiseringen av telefonstationerna. Ett telefonanslutning kunde betjänas av allt från ett par till flera hundra reläer - beroende på antalet och utrustningen hos de involverade telefonstationerna.
Fabrikerna tillhörande Western Electric, en del av Bell-koncernen, producerade ett stort sortiment av reläer. Ingenjörerna skapade så många modifieringar att även de mest krävande hunduppfödarna eller duvhållarna skulle avundas denna variation. Arbetsförmåga och känslighet hos reläerna optimerades, och storlekarna minskades. År 1921 producerade Western Electric nästan 5 miljoner reläer av de mest grundläggande typerna. Den mest förekommande var det universella reläet Typ E, en platt, nästan rektangulär enhet som vägde flera tiotals gram. Det tillverkades för det mesta av stämplade metallkomponenter, vilket innebär att det var teknologiskt avancerat att producera. Höljet skyddade kontakterna från damm och inducerade strömmar från angränsande enheter: reläerna monterades vanligtvis tätt intill varandra i ställningar med hundratals och tusentals reläer. Totalt utvecklades 3000 varianter av Typ E, var och en med olika konfigurationer av lindningar och kontakter.
Snart började dessa reläer användas i de mest komplexa växelapparaterna.
Koordinatväxel
År 1910 fick Gotthilf Betulander, en ingenjör vid Royal Telegrafverket — det statliga bolaget som kontrollerade merparten av den svenska telefonmarknaden (under flera decennier nästan hela marknaden) — en idé. Han trodde att han kunde förbättra Telegrafverkets operationseffektivitet kraftigt genom att bygga automatiska växelsystem helt baserade på reläer. Mer specifikt, på relärmatriser: galler av stång som kopplats till telefonlinjer, med reläer vid korsningarna av stavarna. En sådan växel skulle kunna fungera snabbare, på ett mer tillförlitligt sätt och vara enklare att underhålla jämfört med system baserade på glidande eller roterande kontakter.
Dessutom kom Betulander på idén att dela upp systemets delar som ansvarade för val och anslutning i oberoende reläkretsar. Den återstående delen av systemet skulle endast användas för att installera en talkanal och sedan frigöras för att underhålla ett annat samtal. Det vill säga, Betulander kom på idén som senare kallades "gemensam kontroll" (common control).
Systemet som lagrade numret på det inkommande samtalet kallade han "rekorder" (ett annat begrepp - registrator). Och systemet som identifierade tillgängliga anslutningar i rutnätet kallades "markör". Författaren patenterade sitt system. Flera sådana stationer dök upp i Stockholm och London. År 1918 fick Betulander veta om en amerikansk innovation: koordinatswitchar skapade av ingenjören Bell, John Reynolds, fem år tidigare. Denna switch var mycket lik Betulanders utveckling, men den använde n + m reläer för underhåll n + m av matrisnodernas, vilket var betydligt mer praktiskt för framtida expansion av telefonstationer. När en anslutning upprättades, höll hållningsstången fast "fingrarna" av pianosträngar, medan valstången rörde sig i matrisen för att koppla samman med ett annat samtal. Året därpå implementerade Betulander denna idé i konstruktionen av sin switch.
Men de flesta ingenjörer ansåg Betulanders skapelse vara märklig och överdrivet komplex. När det var dags att välja växelsystem för automatiseringen av nätverken i de största svenska städerna, valde Telegrafverket istället en design utvecklad av företaget Ericsson. Betulanders switchar användes endast i små telefonstationer på landsbygden: reläerna var mer tillförlitliga än den motoriserade automatiseringen av Ericssons switchar och krävde inte tekniker för underhåll på varje station.
Dock hade amerikanska telefoningenjörer en annan åsikt om detta. År 1930 kom specialister från Bell Labs till Sverige och var "mycket imponerade av specifikationerna för det koordinatbaserade växelsystemet". När de kom tillbaka började amerikanerna omedelbart arbeta på det som senare blev känt som "koordinatsystem nr 1", som ersatte panelväxlar i stora städer. Fram till 1938 installerades två sådana system i New York. Snart blev de standardutrustning för städernas telefonstationer, tills elektroniska switchar tog deras plats mer än 30 år senare.
Den mest intressanta komponenten i koordinatswitch Nr 1 blev en ny, mer komplex markör som utvecklades av Bell. Den var avsedd för att hitta en ledig rutt mellan den som ringer och den som mottar genom flera sammankopplade koordinatmoduler, vilket skapade en telefonanslutning. Dessutom skulle markören testa varje anslutning för att se om den var "ledig" eller "upptagen". Detta krävde användning av villkorslogik. Som historikern Robert Chapuis skrev:
Valet är villkorat, eftersom en ledig anslutning endast hålls om den ger åtkomst till koordinatorrälsen, som har en ledig anslutning till nästa nivå. Om flera uppsättningar av anslutningar uppfyller de nödvändiga villkoren, så väljer "prioritetslogik" en av [de existerande] mest sällsynta anslutningarna...
Koordinatswitchen är ett utmärkt exempel på ömsesidigt berikande av teknologiska idéer. Betulander skapade sin helt reläbaserade switch, förbättrade den med Reynolds switchmatris och visade att den resulterande konstruktionen fungerade. Ingenjörer från AT&T reviderade sedan denna hybrid-switch, förbättrade den och skapade koordinatsystem Nr 1. Detta system blev sedan en komponent i två tidiga datorer, varav en nu är känd som en milstolpe i datorhistorien.
Matematisk arbetskraft
För att förstå hur och varför reläer och deras elektroniska kusiner hjälpte till att revolutionera datateknik, behöver vi en kort exkurs i världen av matematiska beräkningar. Efter det kommer det att bli klart varför det fanns en dold efterfrågan på att optimera beräkningsprocesserna.
I början av 1900-talet baserades hela systemet för modern vetenskap och teknik på arbetet av tusentals människor som utförde matematiska beräkningar. De kallades beräknare (computers) [För att undvika förvirring kommer termen beräknare. — Not. övers.] Redan på 1820-talet skapade Charles Babbage (även om hans apparat hade idéella föregångare). Huvudsyftet var automatisering av genereringen av matematiska tabeller, till exempel för navigering (beräkning av trigonometriska funktioner med polynomapproximationsmetoder vid 0 grader, 0,01 grader, 0,02 grader osv.). Det fanns också ett stort behov av matematiska beräkningar inom astronomin: det krävdes att hantera råa resultat från teleskopobservationer inom fasta områden av den himmelska sfären (beroende på tid och datum för observationerna) eller att bestämma banor för nya objekt (till exempel Halley-kometer).
Sedan Babbage har behovet av beräkningsmaskiner ökat kraftigt. Energibolag behövde förstå beteendet hos transmissionssystem med extremt komplexa dynamiska egenskaper. Kanoner gjorda av Bessemerstål, som kunde skjuta projektiler över horisonten (och därför, tack vare direkt observation av målet, redan inte behövde riktas), krävde alltmer precisa ballistiska tabeller. Nya statistiska verktyg, som innebar ett stort antal matematiska beräkningar (till exempel minsta kvadratmetoden), användes alltmer både inom vetenskapen och det växande statliga aparatet. Beräkningsavdelningar började dyka upp vid universitet, statliga institutioner och industriföretag, dit kvinnor vanligtvis rekryterades.
Mekaniska räknare underlättade bara beräkningsuppgiften, de löste inte problemet. Räknare påskyndade aritmetiska operationer, men alla komplexa vetenskapliga eller ingenjörsproblem krävde hundratals eller tusentals operationer, var och en av dem som beräknaren (personen) var tvungen att utföra manuellt, noggrant dokumentera alla mellanresultat.
Flera faktorer bidrog till framväxten av nya tillvägagångssätt för problemet med matematiska beräkningar. Unga forskare och ingenjörer, som plågades av att räkna sina uppgifter på nätterna, ville ge både händer och ögon en paus. Projektledare tvingades lägga allt mer pengar på löner till de många beräknarna, särskilt efter första världskriget. Slutligen var många avancerade vetenskapliga och tekniska uppgifter mycket svåra att beräkna för hand. Alla dessa faktorer ledde till skapandet av serier av beräkningsmaskiner, vars arbete leddes av Vannevar Bush – en elektroingenjör från Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Differentialanalysator
Innan dess hade historien ofta varit anonym, men nu ska vi prata mer om specifika människor. Berömmelsen undanbedde skaparna av panelkommutatorer, typ E-reläer och koordinatmarkörsdiagram. Det finns inte ens några biografiska anekdoter om dem. De enda allmänt tillgängliga bevisen på deras liv är de fossila resterna av de maskiner de skapade.
Nu kan vi få en djupare insikt om människorna och deras förflutna. Men vi kommer inte längre att träffa dem som kämpade på vindar och i verkstäder i sina hem – Morse och Vail, Bell och Watson. Vid slutet av första världskriget var epoken av hjältemodiga uppfinnare nästan över. Thomas Edison kan ses som en övergångsfigur: i början av sin karriär var han en anställd uppfinnare, men mot slutet blev han ägare till en "uppfinnarverkstad". Vid den tiden blev utvecklingen av de mest framträdande nya teknologier organisationers domän – universitet, forskningsavdelningar inom företag, statliga laboratorier. Människorna vi kommer att prata om i det här avsnittet tillhörde just sådana organisationer.
Till exempel, Veniamin Bush. Han kom till MIT 1919 när han var 29 år gammal. Lite mer än 20 år senare kom han att bli en av de personer som påverkade USA:s deltagande i andra världskriget och hjälpte till att öka statligt stöd, vilket för alltid förändrade relationerna mellan regeringen, den akademiska världen och utvecklingen av vetenskap och teknik. Men i den här artikeln är vi intresserade av en serie maskiner som utvecklades i Bushs laboratorium från slutet av 1920-talet och var avsedda att lösa problemet med matematiska beräkningar.
MIT, som nyligen flyttat från centrala Boston till kajen vid Charlesfloden i Cambridge, var nära knutet till industrins behov. Bush hade dessutom, förutom sin professorroll, finansiella intressen i flera företag inom elektronik. Så det borde inte förvåna dig att det problem som ledde Bush och hans studenter till att arbeta med en ny beräkningsenhet kom från energisektorn: det behövdes att modellera beteendet hos huvudledningar under toppbelastning. Det var uppenbart att detta bara var en av många möjliga tillämpningar av beräkningsmaskiner: tråkiga matematiska beräkningar utfördes överallt.
Bush och hans kollegor byggde först två maskiner som kallades produktionsintegrar (product integraphs). Men den mest kända och framgångsrika maskinen från MIT blev en annan — differentialanalysator, färdigställd 1931. Den löste problem med överföring av elektricitet, beräknade elektroners banor, banor för kosmisk strålning i jordens magnetfält och mycket mer. Forskare över hela världen, som behövde beräkningskraft, skapade på 1930-talet tiotals kopior och varianter av differentialanalysatorn. Vissa — till och med av Meccano (den engelska motsvarigheten till den amerikanska leksaken Erector Set). ).
En differentiel analysator är en analog dator. Matematiska funktioner beräknades med hjälp av roterande metallstänger, vars rotationshastighet reflekterade något kvantitativt värde. En motor drev en oberoende stång – en variabel (som vanligtvis representerade tid), och den, i sin tur, roterade andra stänger genom mekaniska kopplingar (olika differentialsvariabler), och baserat på den ingående rotationshastigheten beräknades en funktion. Beräkningsresultaten ritades på papper som kurvor. De viktigaste komponenterna var integratorer – hjul som roterade i skivor. Integratorer kunde beräkna integralen av en kurva utan tröttande manuella beräkningar.
Differentialanalysator. Integrationsmodul – med höjd lock, på fönstersidan står bord med beräkningsresultat, och i mitten – komplexet av beräkningsstänger.
Ingen av analysatorns komponenter innehöll diskreta omkopplingsreläer eller några digitala omkopplare. Så varför pratar vi om denna enhet? Svaret ges av den fjärde maskinen i familjen.
I början av 1930-talet började Bush kontakta Rockefellerfonden för att få finansiering för vidareutveckling av analysatorn. Warren Weaver, chefen för fondens avdelning för naturvetenskap, lyckades först inte övertygas. Ingenjörskonst ingick inte i hans kompetensområde. Men Bush marknadsförde den oändliga potentialen hos sin nya maskin när det gällde vetenskapliga tillämpningar – särskilt inom matematisk biologi, Weavers älskade projekt. Bush lovade också många förbättringar av analysatorn, inklusive "möjligheten att snabbt växla analysatorn från ett problem till ett annat, som en telefonväxel". År 1936 belönades hans ansträngningar med ett bidrag på 85 000 dollar, avsett för att skapa en ny enhet som senare fick namnet den Rockefeller-differentialanalysatorn.
Som praktisk beräkningsapparat var denna analysator inget enastående genombrott. Bush, som blev vice ordförande för MIT och dekan för ingenjörsskolan, kunde inte ägna mycket tid åt ledningen av utvecklingen. Faktum är att han snart drog sig tillbaka för att åta sig uppgifter som ordförande för Carnegie Institute i Washington. Bush kände av krigets annalkande och hade flera vetenskapliga och produktionsidéer som kunde tjäna försvarsmaktens behov. Det vill säga, han ville vara nära maktens centrum, där han bättre kunde påverka besluten i olika frågor.
Samtidigt löste laboratoressanställda de tekniska problem som den nya konstruktionen medförde, och snart blev de avledda för att arbeta med militära uppgifter. Rockefeller-maskinen färdigställdes först 1942. Militärerna ansåg den användbar för massproduktion av ballistiska tabeller för artilleriet. Men snart överskuggades denna anordning av rent digitala datorer — som representerade siffror inte som fysiska storheter, utan abstrakt, med hjälp av spakpositioner. Det visade sig att själva Rockefeller-analysatorn använde ganska många sådana spakar, bestående av reläscheman.
Shannon
År 1936 var Claude Shannon bara 20 år gammal, men han hade redan avslutat universitetet i Michigan med kandidatexamen i två ämnen: elektroteknik och matematik. Till MIT ledde honom en reklamblad som var fastsatt på anslagstavlan. Vannevar Bush sökte en ny assistent för arbete med den differentiella analysatorn. Shannon ansökte utan tvekan och började snart arbeta med nya problem, och först efter det började den nya enheten ta form.
Shannon liknade inte alls Bush. Han var varken affärsman, byggare av en akademisk imperium eller administratör. Hela sitt liv hade han älskat spel, pussel och underhållning: schack, jonglering, labyrinter, kryptogram. Precis som många män från hans tid, ägnade Shannon sig under kriget åt ett seriöst arbete: han hade en anställning på Bell Labs under ett statligt kontrakt, vilket skyddade hans bräckliga kropp från militärtjänst. Hans forskning inom eldgivning och kryptografi under denna tid ledde i sin tur till framväxten av det grundläggande arbetet inom informationsteori (som vi inte kommer att ta upp). På 1950-talet, när kriget och dess efterdyningar hade lagt sig, återvände Shannon till undervisningen på MIT, där han tillbringade sin fritid med underhållning: en räknare som enbart fungerade med romerska siffror; en maskin som, när den slogs på, fick en mekanisk arm att dyka upp och stänga av maskinen.
Strukturen på Rockefeller-maskinen som Shannon stötte på förblev logiskt den samma som hos analysatorn från 1931, men den var byggd av helt andra fysiska komponenter. Bush insåg att stavarna och de mekaniska överföringarna i de gamla maskinerna sänkte effektiviteten av deras användning: för att utföra beräkningar krävdes det att maskinen ställdes in, vilket tog många arbetstimmar av kvalificerade mekaniker.
Den nya analysatorn saknade denna nackdel. I grunden var dess konstruktion inte en bänk med stavar, utan en koordinatkommutator — en extra prototyp som donerades av Bell Labs. Istället för att överföra kraft från den centrala axeln drevs varje integrerad modul av en elektrisk motor oberoende. För att konfigurera maskinen för att lösa ett nytt problem räckte det med att enkelt ställa in reläerna i koordinatmatrisen för att koppla ihop integratorerna i önskad följd. Hålremseläsaren (lånad från en annan telekommunikationsenhet, en rullande telegraf) läste maskinens konfiguration, och reläschemat omvandlade signalen från remsan till styrsignaler för matrisen — detta liknade att ställa upp en serie telefonuppkopplingar mellan integratorerna.
Den nya maskinen var inte bara mycket snabbare och enklare att konfigurera, utan den arbetade också snabbare och mer exakt än sin föregångare. Den kunde lösa mer komplexa uppgifter. I dag kan denna dator betraktas som primitiv, till och med extravagant, men då verkade den för observatörerna som en storhet — eller kanske en skrämmande — fungerande intelligens:
I grunden är detta en matematisk robot. En automatisk maskin drivs av elektricitet, skapad inte bara för att avlasta den mänskliga hjärnan från tunga beräkningar och analyser, utan också för att angripa matematiska problem som inte är möjliga att lösa mentalt, och lösa dem.
Shannon fokuserade på att omvandla data från pappersband till instruktioner för "hjärnan", en operation som hanterades av reläschemat. Han uppmärksammade överensstämmelsen mellan schemats struktur och de matematiska strukturerna inom boolesk algebra som han studerade i sin sista klass i Michigan. Detta var algebra vars operander var SANT och FALSKT, och operatörerna var OCH, ELLER, INTE m.m. Algebra som överensstämde med logiska påståenden.
Efter att ha tillbringat sommaren 1937 med arbete på Bell Labs i Manhattan (en perfekt plats för att fundera över reläscheman), skrev Shannon sin masteruppsats med titeln "Symbolisk analys av relä- och switchande kretsar" (A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits). Tillsammans med Alan Turings arbete, som skapades ett år tidigare, lade Shannons avhandling grunden för datormaskinens vetenskap.
Under 1940- och 50-talen byggde Shannon flera beräknings-/logiska maskiner: en räknare med romersk siffring THROBAC, en maskin för schack ändspel, samt Theseus — en labyrint genom vilken en elektromekanisk mus (på bilden) körde.
Shannon upptäckte att systemet av propositionell logik kan omvandlas direkt till en fysisk krets av reläbrytare. Han drog slutsatsen: "Faktiskt kan varje operation som kan beskrivas med ett ändligt antal steg med ord OM, OCH, ELLER m.m., automatiskt utföras med reläer." Till exempel bildar två sekventiellt kopplade reläbrytare en logisk. Ochströmmen kommer att flöda genom huvudledningen endast när båda elektromagneterna är aktiverade för att stänga av omkopplarna. Samtidigt bildar två reläer som är kopplade parallellt ELLERströmmen flödar genom huvudschemat, aktiverat av en av elektromagneterna. Utgångarna från ett sådant logiskt schema kan i sin tur styra elektromagneterna i andra reläer för att utföra mer komplexa logiska operationer som (A Och B) eller (V Och G).
Shannon avslutade sin avhandling med en bilaga med flera exempel på scheman skapade enligt hans metod. Eftersom operationerna inom Boolesk algebra är mycket lika aritmetiska operationer i det binära systemet (d.v.s. med hjälp av binära siffror), visade han hur man kan bygga en "elektrisk summerare i det binära systemet" av reläer – vi kallar det en binär summerare. Några månader senare byggde en av forskarna på Bell Labs en sådan summerare på köksbordet.
Stibitz
George Stibitz, en forskare från matematikkontoret på Bell Labs huvudkontor på Manhattan, tog hem en konstig uppsättning utrustning en mörk novemberkväll 1937. Torra battericeller, två små lampor för apparater och ett par platta reläer av typ U, hittade i en soptunna. Genom att lägga till några kablar och lite skräp samlade han en enhet som kunde addera två enstaka binära siffror (representerade genom närvaro eller frånvaro av ingångsspänning) och visa ett tvåsiffrigt nummer med hjälp av lamporna: ett – på, noll – av.
Stibitz binär summerare
Stibitz, utbildad fysiker, blev ombedd att bedöma de fysiska egenskaperna hos relämagneten. Tidigare hade han överhuvudtaget ingen erfarenhet av att arbeta med reläer och började därför med att studera deras användning i telefonledningar hos Bell. Snart noterade George likheterna mellan vissa kretsar och aritmetiska operationer med binära siffror. Fängslad, byggde han sitt sidoprojekt på köksbordet.
Initialt väckte Stibitz lek med reläerna lite intresse hos ledningen på Bell Labs. Men år 1938 frågade chef för forskargruppen George om hans räknare kan användas för aritmetiska operationer med komplexa siffror (t.ex., a + bi, där i — kvadratroten av ett negativt tal). Det visade sig att flera beräkningsavdelningar på Bell Labs redan klagade över att de ständigt var tvungna att multiplicera och dividera sådana tal. Multiplikationen av ett komplext tal krävde fyra aritmetiska operationer på en skrivbordskalkylator, medan division krävde 16 operationer. Shtebits sa att han kunde lösa problemet och utvecklade en maskinschema för sådana beräkningar.
Den slutgiltiga konstruktionen, som metalliserades av telefoningenjören Samuel Williams, kallades Complex Number Computer – eller Complex Computer för korthet – och togs i drift 1940. För beräkningar användes 450 reläer, och mellanresultaten sparades i tio koordinatswitchar. Data matades in och togs emot med hjälp av en rullande teletype. På Bell Labs installerades tre sådana teletype-maskiner, vilket indikerar stora behov av beräkningskapacitet. Reläer, matriser, teletype – på alla sätt var detta en produkt av Bellsystemet.
Den stora stunden för Complex Computer inträffade den 11 september 1940. Shtebits presenterade en rapport om datorn vid ett möte i den Amerikanska matematiska föreningen på Dartmouth College. Han bad att en teletype med telegrafinetverksanslutning skulle installeras där, medan Complex Computer låg på Manhattan, 400 kilometer bort. Den som ville kunde gå fram till teletipen, mata in uppgiftens villkor på tangentbordet och se hur teletipen magiskt skrev ut resultatet på mindre än en minut. Bland de som provade nyheten fanns John Mauchly och John von Neumann, varav båda skulle spela en viktig roll i den fortsatta berättelsen.
Deltagarna vid mötet fick en kort glimt av framtidens värld. Senare blev datorer så dyra att administratörer inte längre kunde tillåta dem att stå oanvända medan användaren kliade sig i hakpartiet vid kontrollpanelen och funderade på vad de skulle skriva nästa. Under de kommande 20 åren skulle forskare tänka på hur man skulle skapa allmänna datorer som alltid skulle vara beredda att ta emot data, även medan man arbetade med något annat. Och sedan skulle det ta ytterligare 20 år innan detta interaktiva beräkningsläge blev en självklarhet.
Stybits vid Dartmouths interaktiva terminal under 1960-talet. Dartmouth College var en pionjär inom interaktiva beräkningar. Stybits blev professor vid college 1964.
Det är förvånande att Complex Computer, trots de uppgifter den löste, med moderna mått är en verklig icke-dator. Den kunde utföra aritmetiska operationer med komplexa tal och sannolikt lösa andra liknande uppgifter, men inte allmänna syften. Den var inte programmerbar. Den kunde inte utföra operationer i valfri ordning eller upprepa dem. Det var en räknemaskin, kapabel att göra vissa beräkningar mycket bättre än sina föregångare.
I början av andra världskriget utvecklade Bell under Stybits ledning en serie datorer med namnen Model II, Model III och Model IV (Complex Computer fick namnet Model I). De flesta av dem byggdes på begäran av Nationella forskningskommittén för försvarsfrågor, ledd av ingen mindre än Vannevar Bush. Stybits förbättrade maskinens schema för större mångsidighet i funktioner och programmerbarhet.
Till exempel utvecklades Ballistic Calculator (senare Model III) för behov av luftförsvarssystem. Den togs i bruk 1944 i Fort Bliss, Texas. Enheten innehöll 1400 reläer och kunde utföra en matematikoperation definierad av en sekvens av instruktioner på en slutna pappersremsa. En separat remsa matades in med indata och en annan med tabulär data. Detta gjorde det snabbt möjligt att hitta värden, till exempel trigonometriska funktioner, utan verkliga beräkningar. Bellingenjörerna utvecklade speciella sök-kretsar (hunting circuits) som skannade remsan framåt/bakåt och letade efter adressen till det nödvändiga tabellvärdet oberoende av beräkningar. Stybits fastslog att hans dator Model III, som klickade med reläer dygnet runt, ersatte 25–40 beräkningsenheter.
Reläställningar för Bell Model III
Maskinen Model V kom aldrig att tjänstgöra militärt. Den blev ännu mer mångsidig och kraftfull. Om man bedömer antalet ersatta beräkningsenheter överträffade den ungefär tio gånger Model III. Flera beräkningsmoduler med 9 000 reläer kunde ta emot indata från flera stationer där användarna angav villkoren för olika uppgifter. Varje sådan station hade en bandavläsare för inmatning av data och fem för instruktioner. Det gjorde det möjligt att under beräkningen av en uppgift från huvudbandet anropa olika underprogram. Huvudkontrollmodulen (i princip en motsvarighet till operativsystemet) fördelade instruktioner till beräkningsmodulerna beroende på deras tillgänglighet, och programmen kunde utföra villkorliga övergångar. Det var inte längre bara en räknare.
Underverkens år: 1937
År 1937 kan betraktas som ett omvändande ögonblick i datorernas historia. Det året lade Shannon och Stibitz märke till likheterna mellan relä-scheman och matematiska funktioner. Dessa slutsatser ledde Bell Labs till att skapa en hel serie viktiga digitala maskiner. Det var en sorts — eller till och med substitution — när ett enkelt telefonrelä, utan att ändra fysisk form, blev en inkarnation av abstrakt matematik och logik.
Samma år publicerades i januari numret av Proceedings of the London Mathematical Society en artikel av den brittiske matematikern Alan Turing ”Om beräkningsbara tal med avseende på ” (On Computable Numbers, With an Application to the Entscheidungsproblem). I den beskrevs en universell beräkningsmaskin: författaren hävdade att den skulle kunna utföra handlingar som är logiskt ekvivalenta med handlingar utförda av mänskliga beräknare. Turing, som året innan hade påbörjat forskarstudier vid Princeton University, var också fascinerad av relä-scheman. Och, likt Bush, oroade sig för det växande krigs hotet från Tyskland. Därför tog han sig an ett sidoprojekt inom kryptografi — en binär multiplikator som kunde användas för att kryptera militära meddelanden. Turing byggde den av reläer som han samlat i universitetets mekaniska verkstad.
I samma 1937 funderade Howard Aiken på en tänkt automatisk beräkningsmaskin. Aiken, en forskarstudent i elektroteknik vid Harvard, utförde en hel del beräkningar med hjälp av endast en mekanisk räknare och tryckta böcker med matematiska tabeller. Han föreslog en konstruktion som skulle avlasta denna rutin. Till skillnad från befintliga beräkningsenheter skulle den automatiskt och cykliskt bearbeta processer, använda resultaten från tidigare beräkningar som ingångsdata för nästa steg.
Under tiden på Nippon Electric Company undersökte telekommuningenjören Akira Nakashima redan sedan 1935 sambanden mellan reläskema och matematik. Slutligen, 1938, bevisade han självständigt ekvivalensen mellan reläskeman och Boolesk algebra, vilket Shannon hade upptäckt året innan.
I Berlin sökte Konrad Zuse, en före detta flygingenjör trött på de oändliga beräkningarna som krävdes i sitt arbete, medel för att skapa sin andra beräkningsmaskin. Han hade inte lyckats få sin första mekaniska enhet – V1 – att fungera pålitligt, så han ville bygga en reläcomputer, som han utvecklade i samarbete med sin vän, telekommuningenjören Helmut Schreyer.
Universiteten av telefonreläer, slutsatser om matematisk logik, och den ljusa sinnes önskan att bli av med tråkigt arbete – allt detta flätades samman och ledde till uppkomsten av en ny typ av logisk maskin.
Ett glömt generation
Frukterna av upptäckter och utvecklingar från 1937 var tvungna att mogna i flera år. Kriget blev det mest kraftfulla gödningsmedlet, och med dess ankomst började reläcomputers dyka upp överallt där den nödvändiga tekniska expertisen fanns. Matematisk logik blev ett galler för elteknikens vinrankor. Nya former av programmerbara beräkningsmaskiner uppstod – det första skisser av moderna datorer.
Utöver Stibitz-maskinerna kunde USA år 1944 skryta med Harvard Mark I / IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), resultatet av Aikens förslag. Den dubbla benämningen uppkom på grund av försämrade relationer mellan akademin och industrin: alla gjorde anspråk på enheten. Mark I / ASCC använde styrreläkretsar, men den centrala aritmetiska modulen byggdes enligt arkitekturen för IBMs mekaniska räknemaskiner. Maskinen skapades för behovet hos den amerikanska skeppsbyggnadsbyrån. Dess efterträdare Mark II började arbeta 1948 på den amerikanska marinens testanläggning, och alla dess operationer byggdes helt på reläer — på 13 000 reläer.
Zuse byggde under kriget flera reläkomputrar, allt mer komplexa. Klimax blev V4, som även inkluderade funktioner för att kalla på delprogram och utförde villkorliga övergångar. På grund av bristen på material i Japan blev ingen av Nakashimas och hans landsmäns utvecklingar förverkligade i metall förrän landet återhämtade sig efter kriget. På 1950-talet finansierade det nybildade ministeriet för utländsk handel och industri skapandet av två relämaskiner, varav den andra var ett monster med 20 000 reläer. Företaget Fujitsu, som deltog i skapandet, utvecklade sina egna kommersiella produkter.
I dag är dessa maskiner nästan helt glömda. Endast ett namn finns kvar i minnet — ENIAC. Anledningen till glömskan beror inte på deras komplexitet, eller möjligheter, eller hastighet. De beräknings- och logiska egenskaperna hos reläer, som upptäcktes av forskare och forskare, gäller alla typer av enheter som kan fungera som en switch. Så blev det att en annan liknande enhet blev tillgänglig — elektronisk switch som kunde aktiveras hundratals gånger snabbare än reläer.
Betydelsen av andra världskriget i historien om datorers liv bör redan vara uppenbar. Det mest fruktansvärda kriget blev en drivkraft för utvecklingen av elektroniska maskiner. Dess början frigjorde resurser som var nödvändiga för att övervinna de uppenbara bristerna hos elektroniska omkopplare. Dominansen av elektromekaniska datorer blev kortvarig. Likt titanerna störtades de av sina egna barn. Precis som reläer kom elektronisk växling till världen tack vare telekommunikationsindustrins behov. För att ta reda på dess ursprung måste vi spola tillbaka vår historia till tidpunkten vid början av radioeran.
Källa: habr.com
