Sa aming inilarawan ang pagtaas ng mga awtomatikong switch ng telepono, na kinokontrol gamit ang mga relay circuit. Sa pagkakataong ito gusto nating pag-usapan kung paano nakabuo ang mga siyentipiko at inhinyero ng mga relay circuit sa una - nakalimutan na ngayon - na henerasyon ng mga digital na computer.
Relay sa kaitaasan nito
Kung naaalala mo, ang pagpapatakbo ng isang relay ay batay sa isang simpleng prinsipyo: ang isang electromagnet ay nagpapatakbo ng isang metal switch. Ang ideya ng isang relay ay nakapag-iisa na iminungkahi ng ilang mga naturalista at negosyante sa negosyo ng telegrapo noong 1830s. Pagkatapos, sa kalagitnaan ng ika-XNUMX na siglo, ginawa ng mga imbentor at mekaniko ang mga relay sa isang maaasahan at kailangang-kailangan na bahagi ng mga network ng telegrapo. Sa lugar na ito ang buhay ng relay ay umabot sa tugatog nito: ito ay pinaliit, at ang mga henerasyon ng mga inhinyero ay lumikha ng napakaraming mga disenyo habang pormal na nagsasanay sa matematika at pisika.
Sa simula ng ika-1870 siglo, hindi lamang ang mga awtomatikong switching system, kundi pati na rin ang halos lahat ng kagamitan sa network ng telepono ay naglalaman ng ilang uri ng relay. Ang isa sa mga pinakaunang gamit sa mga komunikasyon sa telepono ay nagsimula noong XNUMXs, sa mga manu-manong switchboard. Kapag pinihit ng subscriber ang hawakan ng telepono (magneto handle), isang signal ang ipinadala sa palitan ng telepono, na binubuksan ang blender. Ang blanker ay isang relay na, kapag na-trigger, ay nagiging sanhi ng pagbagsak ng metal flap sa switching desk ng operator ng telepono, na nagpapahiwatig ng papasok na tawag. Pagkatapos ay ipinasok ng operator ng dalaga ang plug sa connector, ang relay ay na-reset, pagkatapos nito posible na itaas muli ang flap, na kung saan ay gaganapin sa posisyon na ito ng electromagnet.
Noong 1924, dalawang inhinyero ng Bell ang sumulat, ang karaniwang manu-manong pagpapalitan ng telepono ay nagsilbi ng humigit-kumulang 10 mga tagasuskribi. Ang kanyang kagamitan ay naglalaman ng 40-65 thousand relays, na ang kabuuang magnetic force ay "sapat na makaangat ng 10 tonelada." Sa malalaking palitan ng telepono na may mga switch ng makina, ang mga katangiang ito ay pinarami ng dalawa. Maraming milyon-milyong mga relay ang ginamit sa buong sistema ng telepono ng US, at ang bilang ay patuloy na tumataas habang ang mga palitan ng telepono ay awtomatiko. Ang isang koneksyon sa telepono ay maaaring maihatid mula sa iilan hanggang ilang daang mga relay, depende sa bilang at kagamitan ng mga palitan ng telepono na kasangkot.
Ang mga pabrika ng Western Electric, isang manufacturing subsidiary ng Bell Corporation, ay gumawa ng malaking hanay ng mga relay. Ang mga inhinyero ay gumawa ng napakaraming mga pagbabago na ang pinaka-sopistikadong mga breeder ng aso o mga tagapag-alaga ng kalapati ay inggit sa iba't-ibang ito. Ang bilis ng pagpapatakbo at sensitivity ng relay ay na-optimize, at ang mga sukat ay nabawasan. Noong 1921, gumawa ang Western Electric ng halos 5 milyong relay ng isang daang pangunahing uri. Ang pinakasikat ay ang Type E universal relay, isang flat, halos hugis-parihaba na aparato na tumitimbang ng ilang sampu-sampung gramo. Para sa karamihan, ito ay ginawa mula sa mga naselyohang bahagi ng metal, ibig sabihin, ito ay advanced sa teknolohiya sa produksyon. Pinoprotektahan ng pabahay ang mga contact mula sa alikabok at sapilitan na mga alon mula sa mga kalapit na aparato: kadalasan ang mga relay ay naka-mount malapit sa isa't isa, sa mga rack na may daan-daang at libu-libong mga relay. May kabuuang 3 Type E na variant ang binuo, bawat isa ay may iba't ibang winding at contact configuration.
Sa lalong madaling panahon ang mga relay na ito ay nagsimulang gamitin sa pinaka kumplikadong mga switch.
Coordinate commutator
Noong 1910, nagkaroon ng ideya si Gotthilf Betulander, isang inhinyero sa Royal Telegrafverket, ang korporasyon ng estado na kumokontrol sa karamihan ng merkado ng telepono sa Sweden (sa loob ng mga dekada, halos lahat ng ito). Naniniwala siya na mapapabuti niya nang husto ang kahusayan ng mga operasyon ng Telegrafverket sa pamamagitan ng pagbuo ng mga awtomatikong switching system na ganap na nakabatay sa mga relay. Mas tiyak, sa mga relay matrice: mga grids ng mga steel rod na konektado sa mga linya ng telepono, na may mga relay sa mga intersection ng mga rod. Ang nasabing switch ay dapat na mas mabilis, mas maaasahan, at mas madaling mapanatili kaysa sa mga system batay sa mga sliding o rotating contact.
Bukod dito, naisip ni Betulander na posibleng paghiwalayin ang mga bahagi ng pagpili at koneksyon ng system sa mga independiyenteng relay circuit. At ang natitirang bahagi ng system ay dapat gamitin lamang upang magtatag ng isang voice channel, at pagkatapos ay palayain upang mahawakan ang isa pang tawag. Ibig sabihin, nakaisip si Betulander ng ideya na kalaunan ay tinawag na "common control".
Tinawag niya ang circuit na nag-iimbak ng papasok na numero ng tawag na "recorder" (isa pang termino ay register). At ang circuit na nakakahanap at "nagmarka" ng magagamit na koneksyon sa grid ay tinatawag na "marker." Pinapatent ng may-akda ang kanyang sistema. Ang ilang mga naturang istasyon ay lumitaw sa Stockholm at London. At noong 1918, nalaman ni Betulander ang tungkol sa isang American innovation: ang coordinate switch, na nilikha ng Bell engineer na si John Reynolds limang taon na ang nakalilipas. Ang switch na ito ay halos kapareho sa disenyo ni Betulander, ngunit ginamit ito n+m relay ng serbisyo n+m matrix node, na mas maginhawa para sa karagdagang pagpapalawak ng mga palitan ng telepono. Kapag gumagawa ng isang koneksyon, ang holding bar ay nag-clamp sa piano string na "mga daliri" at ang pagpili ng bar ay lumipat sa kahabaan ng matrix upang kumonekta sa isa pang tawag. Nang sumunod na taon, isinama ni Betulander ang ideyang ito sa kanyang disenyo ng switch.
Ngunit karamihan sa mga inhinyero ay itinuturing na kakaiba at hindi kinakailangang kumplikado ang paglikha ni Betulander. Nang dumating ang oras upang pumili ng switching system upang i-automate ang mga network ng pinakamalaking lungsod ng Sweden, pinili ng Telegrafverket ang isang disenyo na binuo ni Ericsson. Ang mga switch ng Betulander ay ginamit lamang sa maliliit na palitan ng telepono sa mga rural na lugar: ang mga relay ay mas maaasahan kaysa sa motorized na automation ng mga switch ng Ericsson at hindi nangangailangan ng mga maintenance technician sa bawat exchange.
Gayunpaman, ang mga Amerikanong inhinyero ng telepono ay may ibang opinyon sa bagay na ito. Noong 1930, ang mga espesyalista sa Bell Labs ay dumating sa Sweden at "napakahanga sa mga parameter ng module ng switch ng coordinate." Nang bumalik ang mga Amerikano, agad nilang sinimulan ang ginawang kilala bilang No. 1 coordinate system, na pinapalitan ang mga switch ng panel sa malalaking lungsod. Noong 1938, dalawang ganoong sistema ang na-install sa New York. Hindi nagtagal, naging karaniwang kagamitan ang mga ito para sa mga palitan ng telepono sa lungsod, hanggang sa pinalitan sila ng mga electronic switch makalipas ang mahigit 30 taon.
Ang pinaka-kagiliw-giliw na bahagi ng X-Switch No. 1 ay isang bago, mas kumplikadong marker na binuo sa Bell. Ito ay inilaan upang maghanap ng isang libreng ruta mula sa tumatawag sa tinawag sa pamamagitan ng ilang mga coordinate module na konektado sa isa't isa, sa gayon ay lumikha ng isang koneksyon sa telepono. Kinailangan ding subukan ng marker ang bawat koneksyon para sa estadong libre/abala. Nangangailangan ito ng aplikasyon ng conditional logic. Gaya ng isinulat ng mananalaysay na si Robert Chapuis:
Ang pagpipilian ay may kondisyon dahil ang isang libreng koneksyon ay gaganapin lamang kung ito ay nagbibigay ng access sa isang grid na may libreng koneksyon sa susunod na antas bilang output nito. Kung ang ilang hanay ng mga koneksyon ay nakakatugon sa nais na mga kundisyon, kung gayon ang "preferential logic" ay pipili ng isa sa pinakamakaunting koneksyon...
Ang coordinate switch ay isang magandang halimbawa ng cross-fertilization ng mga teknolohikal na ideya. Ginawa ni Betulander ang kanyang all-relay switch, pagkatapos ay pinahusay ito gamit ang Reynolds switching matrix at pinatunayan ang pagganap ng resultang disenyo. Nang maglaon, muling idinisenyo ng mga inhinyero ng AT&T ang hybrid switch na ito, pinahusay ito, at nilikha ang Coordinate System No. 1. Ang sistemang ito noon ay naging bahagi ng dalawang unang computer, na ang isa ay kilala na ngayon bilang isang milestone sa kasaysayan ng computing.
Paggawa sa matematika
Upang maunawaan kung paano at bakit nakatulong ang mga relay at ang kanilang mga elektronikong pinsan na baguhin nang lubusan ang computing, kailangan natin ng maikling pandarambong sa mundo ng calculus. Pagkatapos nito, magiging malinaw kung bakit nagkaroon ng nakatagong pangangailangan para sa pag-optimize ng mga proseso ng pag-compute.
Sa simula ng ika-XNUMX siglo, ang buong sistema ng modernong agham at inhinyero ay batay sa gawain ng libu-libong tao na nagsasagawa ng mga kalkulasyon sa matematika. Tinawag sila mga kompyuter (mga kompyuter) [Upang maiwasan ang pagkalito, ang termino ay gagamitin sa buong teksto mga calculator. — Tandaan. lane]. Noong 1820s, nilikha ni Charles Babbage (bagaman ang kanyang aparato ay may mga nauna sa ideolohiya). Ang pangunahing gawain nito ay ang pag-automate ng pagtatayo ng mga talahanayan ng matematika, halimbawa para sa pag-navigate (pagkalkula ng mga function ng trigonometriko sa pamamagitan ng mga polynomial approximation sa 0 degrees, 0,01 degrees, 0,02 degrees, atbp.). Nagkaroon din ng malaking pangangailangan para sa mga kalkulasyon ng matematika sa astronomiya: kinakailangan na iproseso ang mga hilaw na resulta ng mga obserbasyon ng teleskopiko sa mga nakapirming lugar ng celestial sphere (depende sa oras at petsa ng mga obserbasyon) o matukoy ang mga orbit ng mga bagong bagay (halimbawa, kometa ni Halley).
Mula noong panahon ng Babbage, ang pangangailangan para sa mga computing machine ay tumaas nang maraming beses. Kailangang maunawaan ng mga kumpanya ng electric power ang pag-uugali ng mga backbone power transmission system na may sobrang kumplikadong mga dynamic na katangian. Ang mga baril na bakal na Bessemer, na may kakayahang maghagis ng mga shell sa abot-tanaw (at samakatuwid, salamat sa direktang pagmamasid sa target, hindi na sila nakatutok), ay nangangailangan ng mas tumpak na mga ballistic table. Ang mga bagong istatistikal na tool na nagsasangkot ng malaking halaga ng mga kalkulasyon sa matematika (tulad ng pamamaraan ng hindi bababa sa mga parisukat) ay lalong ginagamit kapwa sa agham at sa lumalaking kagamitan ng pamahalaan. Lumitaw ang mga departamento ng pag-compute sa mga unibersidad, ahensya ng gobyerno, at mga industriyal na korporasyon, na karaniwang nagre-recruit ng mga kababaihan.
Ginawa lamang ng mga mekanikal na calculator na mas madali ang problema ng mga kalkulasyon, ngunit hindi ito nalutas. Pinabilis ng mga calculator ang mga pagpapatakbo ng aritmetika, ngunit ang anumang kumplikadong problemang pang-agham o engineering ay nangangailangan ng daan-daan o libu-libong mga operasyon, bawat isa ay kailangang manu-manong gumanap ng (tao) calculator, maingat na itinatala ang lahat ng mga intermediate na resulta.
Maraming mga kadahilanan ang nag-ambag sa paglitaw ng mga bagong diskarte sa problema ng mga kalkulasyon sa matematika. Ang mga batang siyentipiko at inhinyero, na masakit na kinakalkula ang kanilang mga gawain sa gabi, ay nais na bigyan ng pahinga ang kanilang mga kamay at mata. Ang mga tagapamahala ng proyekto ay napilitang maglabas ng mas maraming pera para sa mga suweldo ng maraming mga computer, lalo na pagkatapos ng Unang Digmaang Pandaigdig. Sa wakas, maraming mga advanced na pang-agham at engineering na mga problema ay mahirap kalkulahin sa pamamagitan ng kamay. Ang lahat ng mga salik na ito ay humantong sa paglikha ng isang serye ng mga computer, na kung saan ay isinagawa sa ilalim ng pamumuno ni Vannevar Bush, isang electrical engineer sa Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Differential analyzer
Hanggang sa puntong ito, ang kasaysayan ay madalas na hindi personal, ngunit ngayon ay magsisimula na tayong magsalita nang higit pa tungkol sa mga partikular na tao. Nalampasan ng katanyagan ang mga gumawa ng panel switch, Type E relay at fiducial marker circuit. Kahit na ang mga talambuhay na anekdota ay hindi nakaligtas tungkol sa kanila. Ang tanging magagamit na pampublikong ebidensya ng kanilang buhay ay ang mga labi ng fossil ng mga makina na kanilang nilikha.
Maaari na tayong magkaroon ng mas malalim na pag-unawa sa mga tao at sa kanilang nakaraan. Ngunit hindi na namin makikilala ang mga nagsumikap sa attics at workshop sa bahay - Morse at Vail, Bell at Watson. Sa pagtatapos ng Unang Digmaang Pandaigdig, halos tapos na ang panahon ng mga bayaning imbentor. Si Thomas Edison ay maaaring ituring na isang transitional figure: sa simula ng kanyang karera siya ay isang upahang imbentor, at sa pagtatapos nito siya ay naging may-ari ng isang "pabrika ng pag-imbento." Noong panahong iyon, ang pagbuo ng pinakakilalang mga bagong teknolohiya ay naging domain ng mga organisasyon—mga unibersidad, mga departamento ng pananaliksik sa korporasyon, mga laboratoryo ng gobyerno. Ang mga taong pag-uusapan natin sa seksyong ito ay kabilang sa mga naturang organisasyon.
Halimbawa, Vannevar Bush. Dumating siya sa MIT noong 1919, noong siya ay 29 taong gulang. Makalipas ang mahigit 20 taon, isa siya sa mga taong nakaimpluwensya sa paglahok ng Estados Unidos sa Ikalawang Digmaang Pandaigdig at tumulong sa pagtaas ng pondo ng gobyerno, na magpakailanman na nagpabago sa ugnayan ng pamahalaan, akademya, at pag-unlad ng agham at teknolohiya. Ngunit para sa mga layunin ng artikulong ito, interesado kami sa isang serye ng mga makina na binuo sa laboratoryo ng Bush mula sa kalagitnaan ng 1920s at nilayon upang malutas ang problema ng mga kalkulasyon sa matematika.
Ang MIT, na kamakailan ay lumipat mula sa gitnang Boston patungo sa Charles River waterfront sa Cambridge, ay malapit na nakahanay sa mga pangangailangan ng industriya. Si Bush mismo, bilang karagdagan sa kanyang pagkapropesor, ay may mga interes sa pananalapi sa ilang mga negosyo sa larangan ng electronics. Kaya't hindi dapat ikagulat na ang problema na nagbunsod kay Busch at sa kanyang mga mag-aaral na magtrabaho sa bagong computing device ay nagmula sa industriya ng enerhiya: pagtulad sa pag-uugali ng mga linya ng paghahatid sa ilalim ng mga kondisyon ng peak load. Malinaw, isa lamang ito sa maraming posibleng aplikasyon ng mga computer: ang nakakapagod na mga kalkulasyon sa matematika ay isinasagawa sa lahat ng dako.
Si Busch at ang kanyang mga kasamahan ay unang nagtayo ng dalawang makina na tinatawag na product integraphs. Ngunit ang pinakasikat at matagumpay na makina ng MIT ay isa pa - differential analyzer, natapos noong 1931. Nalutas niya ang mga problema sa paghahatid ng kuryente, kinakalkula ang mga orbit ng mga electron, ang mga trajectory ng cosmic radiation sa magnetic field ng Earth, at marami pang iba. Ang mga mananaliksik sa buong mundo, na nangangailangan ng kapangyarihan sa pag-compute, ay lumikha ng dose-dosenang mga kopya at variation ng differential analyzer noong 1930s. Ang ilan ay mula pa sa Meccano (ang English analogue ng mga American children's construction set ng brand ).
Ang differential analyzer ay isang analog computer. Ang mga pag-andar ng matematika ay kinakalkula gamit ang mga umiikot na metal rod, ang bilis ng pag-ikot ng bawat isa ay sumasalamin sa ilang dami ng halaga. Ang motor ay nagmaneho ng isang independiyenteng baras - isang variable (karaniwang kinakatawan nito ang oras), na, sa turn, ay pinaikot ang iba pang mga rod (iba't ibang mga variable na kaugalian) sa pamamagitan ng mga mekanikal na koneksyon, at ang isang function ay kinakalkula batay sa bilis ng pag-ikot ng input. Ang mga resulta ng mga kalkulasyon ay iginuhit sa papel sa anyo ng mga kurba. Ang pinakamahalagang bahagi ay ang mga integrator - mga gulong na umiikot bilang mga disc. Maaaring kalkulahin ng mga Integrator ang integral ng isang curve nang walang nakakapagod na manu-manong kalkulasyon.
Differential analyzer. Integral module - na may nakataas na takip, sa gilid ng window ay may mga talahanayan na may mga resulta ng mga kalkulasyon, at sa gitna - isang hanay ng mga computing rods
Wala sa mga bahagi ng analyzer ang naglalaman ng mga discrete switching relay o anumang digital switch. Kaya bakit natin pinag-uusapan ang device na ito? Ang sagot ay pang-apat sasakyan ng pamilya.
Noong unang bahagi ng 1930s, sinimulan ni Bush ang panliligaw sa Rockefeller Foundation upang makakuha ng pondo para sa karagdagang pagpapaunlad ng analyzer. Si Warren Weaver, ang pinuno ng mga natural na agham ng pundasyon, sa una ay hindi kumbinsido. Ang engineering ay hindi ang kanyang lugar ng kadalubhasaan. Ngunit sinabi ni Busch ang walang limitasyong potensyal ng kanyang bagong makina para sa mga siyentipikong aplikasyon—lalo na sa mathematical biology, ang pet project ni Weaver. Nangako din si Bush ng maraming pagpapabuti sa analyzer, kabilang ang "ang kakayahang mabilis na ilipat ang analyzer mula sa isang problema patungo sa isa pa, tulad ng switchboard ng telepono." Noong 1936, ang kanyang mga pagsisikap ay ginantimpalaan ng $85 grant para sa paglikha ng isang bagong device, na kalaunan ay tinawag na Rockefeller Differential Analyzer.
Bilang isang praktikal na computer, ang analyzer na ito ay hindi isang mahusay na tagumpay. Si Bush, na naging bise presidente ng MIT at dekano ng inhinyero, ay hindi makapaglaan ng maraming oras sa pagdidirekta sa pag-unlad. Sa katunayan, hindi nagtagal ay umatras siya, tumanggap ng mga tungkulin bilang chairman ng Carnegie Institution sa Washington. Naramdaman ni Bush na papalapit na ang digmaan, at mayroon siyang ilang mga ideyang pang-agham at pang-industriya na maaaring magsilbi sa mga pangangailangan ng militar. Ibig sabihin, gusto niyang maging mas malapit sa sentro ng kapangyarihan, kung saan mas mabisa niyang maimpluwensyahan ang paglutas ng ilang mga isyu.
Kasabay nito, ang mga teknikal na problema na idinidikta ng bagong disenyo ay nalutas ng mga kawani ng laboratoryo, at sa lalong madaling panahon nagsimula silang ilihis upang magtrabaho sa mga problema sa militar. Ang Rockefeller machine ay nakumpleto lamang noong 1942. Nakita ng militar na kapaki-pakinabang ito para sa in-line na produksyon ng mga ballistic table para sa artilerya. Ngunit sa lalong madaling panahon ang aparatong ito ay ganap na na-eclipsed digital mga computer—na kumakatawan sa mga numero hindi bilang pisikal na dami, ngunit abstract, gamit ang mga posisyon ng switch. Nagkataon lang na ang Rockefeller analyzer mismo ay gumamit ng maraming katulad na mga switch, na binubuo ng mga relay circuit.
Shannon
Noong 1936, si Claude Shannon ay 20 taong gulang lamang, ngunit nagtapos na siya sa Unibersidad ng Michigan na may bachelor's degree sa electrical engineering at matematika. Dinala siya sa MIT ng isang flyer na naka-pin sa isang bulletin board. Naghahanap si Vannevar Bush ng bagong katulong para magtrabaho sa differential analyzer. Isinumite ni Shannon ang kanyang aplikasyon nang walang pag-aalinlangan at sa lalong madaling panahon ay gumawa ng mga bagong problema bago magsimulang mahubog ang bagong device.
Si Shannon ay hindi katulad ni Bush. Siya ay hindi isang negosyante, ni isang tagabuo ng imperyo ng akademya, ni isang tagapangasiwa. Sa buong buhay niya mahilig siya sa mga laro, palaisipan at libangan: chess, juggling, mazes, cryptograms. Tulad ng maraming tao sa kanyang kapanahunan, sa panahon ng digmaan, inilaan ni Shannon ang kanyang sarili sa seryosong negosyo: humawak siya ng posisyon sa Bell Labs sa ilalim ng isang kontrata ng gobyerno, na nagpoprotekta sa kanyang mahinang katawan mula sa conscription ng militar. Ang kanyang pananaliksik sa pagkontrol ng sunog at kriptograpiya sa panahong ito ay humantong naman sa matagumpay na gawain sa teorya ng impormasyon (na hindi natin papansinin). Noong dekada ng 1950, habang humupa ang digmaan at ang mga resulta nito, bumalik si Shannon sa pagtuturo sa MIT, ginugugol ang kanyang libreng oras sa mga diversion: isang calculator na eksklusibong gumagana sa mga Roman numeral; isang makina, kapag nakabukas, isang mekanikal na braso ang lumitaw mula dito at pinatay ang makina.
Ang istraktura ng Rockefeller machine na nakatagpo ni Shannon ay lohikal na kapareho ng sa 1931 analyzer, ngunit ito ay binuo mula sa ganap na magkakaibang mga pisikal na sangkap. Napagtanto ni Busch na ang mga rod at mekanikal na gear sa mas lumang mga makina ay nabawasan ang kahusayan ng kanilang paggamit: upang magsagawa ng mga kalkulasyon, ang makina ay kailangang i-set up, na nangangailangan ng maraming oras ng tao ng trabaho ng mga bihasang mekaniko.
Ang bagong analyzer ay nawala ang kakulangan na ito. Ang disenyo nito ay hindi batay sa isang table na may mga rod, ngunit sa isang cross-disc commutator, isang surplus na prototype na naibigay ng Bell Labs. Sa halip na magpadala ng kapangyarihan mula sa isang gitnang baras, ang bawat integral na module ay nakapag-iisa na hinihimok ng isang de-koryenteng motor. Upang i-configure ang makina upang malutas ang isang bagong problema, sapat na upang i-configure lamang ang mga relay sa coordinate matrix upang ikonekta ang mga integrator sa nais na pagkakasunud-sunod. Binasa ng isang punched tape reader (hiniram mula sa ibang telecommunications device, ang roll teletype) ang configuration ng makina, at isang relay circuit ang nag-convert ng signal mula sa tape sa mga control signal para sa matrix—para itong nagse-set up ng isang serye ng mga tawag sa telepono sa pagitan ng mga integrator.
Ang bagong makina ay hindi lamang mas mabilis at mas madaling i-set up, mas mabilis at mas tumpak din ito kaysa sa hinalinhan nito. Kaya niyang lutasin ang mas kumplikadong mga problema. Sa ngayon, ang computer na ito ay maaaring ituring na primitive, kahit na labis-labis, ngunit sa panahong iyon ay tila sa mga tagamasid ay isang mahusay - o marahil ay kakila-kilabot - katalinuhan sa trabaho:
Talaga, ito ay isang math robot. Isang electricly powered automat na idinisenyo hindi lamang para mapawi ang utak ng tao sa bigat ng mabibigat na kalkulasyon at pagsusuri, kundi para atakehin at lutasin ang mga problema sa matematika na hindi kayang lutasin ng isip.
Nakatuon si Shannon sa pag-convert ng data mula sa paper tape sa mga tagubilin para sa "utak", at ang relay circuit ang may pananagutan sa operasyong ito. Napansin niya ang pagsusulatan sa pagitan ng istraktura ng circuit at ang matematikal na istruktura ng Boolean algebra, na kanyang pinag-aralan sa graduate school sa Michigan. Ito ay isang algebra na ang mga operand ay Tama at mali, at ng mga operator - AT, O, HINDI atbp. Algebra na naaayon sa mga lohikal na pahayag.
Matapos gugulin ang tag-araw ng 1937 sa pagtatrabaho sa Bell Labs sa Manhattan (isang mainam na lugar para sa pag-iisip tungkol sa mga relay circuit), isinulat ni Shannon ang kanyang master's thesis na pinamagatang "A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits." Kasama ng trabaho ni Alan Turing noong nakaraang taon, ang thesis ni Shannon ay nabuo ang pundasyon ng computing science.
Noong 1940s at 1950s, gumawa si Shannon ng ilang computing/logical machine: ang THROBAC Roman calculus calculator, isang chess endgame machine, at Theseus, isang labyrinth kung saan gumagalaw ang isang electromechanical mouse (nakalarawan)
Natuklasan ni Shannon na ang isang sistema ng mga propositional logic equation ay maaaring direktang ma-convert sa mekaniko sa isang pisikal na circuit ng mga relay switch. Nagtapos siya: "Halos anumang operasyon na maaaring ilarawan sa isang tiyak na bilang ng mga hakbang gamit ang mga salita KUNG, AT, O atbp., ay awtomatikong maisagawa gamit ang isang relay." Halimbawa, ang dalawang kinokontrol na switch relay na konektado sa serye ay bumubuo ng isang lohikal И: Ang kasalukuyang ay dadaloy lamang sa pangunahing kawad kapag ang parehong mga electromagnet ay naisaaktibo upang isara ang mga switch. Kasabay nito, dalawang relay ang konektado sa parallel form O kaya: Ang kasalukuyang daloy sa pangunahing circuit, na isinaaktibo ng isa sa mga electromagnet. Ang output ng naturang logic circuit ay maaaring kontrolin ang mga electromagnet ng iba pang mga relay upang makabuo ng mas kumplikadong mga operasyon ng logic tulad ng (A И B) o (C И G).
Tinapos ni Shannon ang kanyang disertasyon sa isang apendiks na naglalaman ng ilang mga halimbawa ng mga circuit na nilikha gamit ang kanyang pamamaraan. Dahil ang mga operasyon ng Boolean algebra ay halos kapareho sa mga operasyong aritmetika sa binary (ibig sabihin, gamit ang mga binary na numero), ipinakita niya kung paano maaaring tipunin ang isang relay sa isang "electrical adder sa binary"—tinatawag namin itong binary adder. Pagkalipas ng ilang buwan, isa sa mga siyentipiko ng Bell Labs ang gumawa ng ganoong adder sa kanyang mesa sa kusina.
Stibitz
Si George Stibitz, isang mananaliksik sa departamento ng matematika sa punong-tanggapan ng Bell Labs sa Manhattan, ay nag-uwi ng kakaibang hanay ng mga kagamitan sa isang madilim na gabi ng Nobyembre noong 1937. Mga tuyong cell ng baterya, dalawang maliliit na ilaw para sa mga panel ng hardware, at ilang flat Type U relay na makikita sa isang basurahan. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ilang mga wire at ilang basura, nag-assemble siya ng isang device na maaaring magdagdag ng dalawang one-digit na binary number (kinakatawan ng presensya o kawalan ng input voltage) at mag-output ng dalawang-digit na numero gamit ang mga light bulbs: isa para sa on, zero para sa off.
Binary Stiebitz adder
Si Stiebitz, isang physicist sa pamamagitan ng pagsasanay, ay hiniling na suriin ang mga pisikal na katangian ng relay magnets. Wala siyang nakaraang karanasan sa mga relay at nagsimula sa pamamagitan ng pag-aaral ng kanilang paggamit sa mga sirkito ng telepono ng Bell. Hindi nagtagal ay napansin ni George ang pagkakatulad sa pagitan ng ilan sa mga circuit at binary arithmetic operations. Naiintriga, inayos niya ang side project niya sa mesa sa kusina.
Sa una, ang paggamit ni Stiebitz sa mga relay ay nakapukaw ng kaunting interes sa pamamahala ng Bell Labs. Ngunit noong 1938, tinanong ng pinuno ng pangkat ng pananaliksik si George kung ang kanyang mga calculator ay maaaring gamitin para sa mga operasyon ng aritmetika na may mga kumplikadong numero (hal. a+biSaan i ay ang square root ng isang negatibong numero). Lumalabas na ang ilang mga departamento ng computing sa Bell Labs ay umuungol na dahil palagi silang kailangang dumami at hatiin ang mga naturang numero. Ang pagpaparami ng isang kumplikadong numero ay nangangailangan ng apat na aritmetika na operasyon sa isang desktop calculator, ang paghahati ay nangangailangan ng 16 na operasyon. Sinabi ni Stibitz na malulutas niya ang problema at nagdisenyo ng circuit ng makina para sa mga naturang kalkulasyon.
Ang pangwakas na disenyo, na isinama sa metal ng engineer ng telepono na si Samuel Williams, ay tinawag na Complex Number Computer - o Complex Computer para sa maikli - at inilunsad noong 1940. 450 relay ang ginamit para sa mga kalkulasyon, ang mga intermediate na resulta ay naka-imbak sa sampung coordinate switch. Ang data ay ipinasok at natanggap gamit ang isang roll teletype. Ang mga departamento ng Bell Labs ay nag-install ng tatlong naturang teletype, na nagpapahiwatig ng malaking pangangailangan para sa kapangyarihan ng pag-compute. Mga relay, matrix, teletypes - sa lahat ng paraan ito ay produkto ng Bell system.
Ang pinakamagagandang oras ng Complex Computer ay nangyari noong Setyembre 11, 1940. Iniharap ni Stiebitz ang isang ulat sa computer sa isang pulong ng American Mathematical Society sa Dartmouth College. Sumang-ayon siya na isang teletype ang ilalagay doon na may koneksyon sa telegrapo sa Complex Computer sa Manhattan, 400 kilometro ang layo. Ang mga interesado ay maaaring pumunta sa teletype, ipasok ang mga kondisyon ng problema sa keyboard at makita kung paano sa mas mababa sa isang minuto ang teletype ay magically print ang resulta. Kabilang sa mga sumubok sa bagong produkto ay sina John Mauchly at John von Neumann, bawat isa ay may mahalagang papel sa pagpapatuloy ng ating kwento.
Ang mga kalahok sa pulong ay nakakita ng isang maikling sulyap sa hinaharap na mundo. Nang maglaon, naging napakamahal ng mga computer na hindi na kayang hayaan ng mga administrator na maupo sila habang kinakamot ng user ang kanyang baba sa harap ng management console, nag-iisip kung ano ang susunod na ita-type. Sa susunod na 20 taon, pag-iisipan ng mga siyentipiko kung paano bumuo ng mga computer para sa pangkalahatang layunin na palaging naghihintay sa iyo na mag-input ng data sa mga ito, kahit na habang nagtatrabaho sa ibang bagay. At pagkatapos ay isa pang 20 taon ang lilipas hanggang sa ang interactive na mode ng computing na ito ay maging ayos ng araw.
Stiebitz sa likod ng Dartmouth Interactive Terminal noong 1960s. Ang Dartmouth College ay isang pioneer sa interactive computing. Si Stiebitz ay naging isang propesor sa kolehiyo noong 1964
Nakapagtataka na, sa kabila ng mga problemang nalulutas nito, ang Complex Computer, ayon sa mga modernong pamantayan, ay hindi isang computer. Maaari itong magsagawa ng mga pagpapatakbo ng aritmetika sa mga kumplikadong numero at malamang na malutas ang iba pang katulad na mga problema, ngunit hindi mga problema sa pangkalahatang layunin. Ito ay hindi programmable. Hindi siya maaaring magsagawa ng mga operasyon sa random na pagkakasunud-sunod o paulit-ulit. Ito ay isang calculator na may kakayahang gumawa ng ilang mga kalkulasyon na mas mahusay kaysa sa mga nauna nito.
Sa pagsiklab ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, si Bell, sa ilalim ng pamumuno ni Stiebitz, ay lumikha ng isang serye ng mga computer na tinatawag na Model II, Model III at Model IV (Ang Complex Computer, nang naaayon, ay pinangalanang Model I). Karamihan sa kanila ay itinayo sa kahilingan ng National Defense Research Committee, at ito ay pinamumunuan ng walang iba kundi si Vannevar Bush. Pinahusay ng Stibitz ang disenyo ng mga makina sa mga tuntunin ng higit na kakayahang magamit ng mga function at programmability.
Halimbawa, ang Ballistic Calculator (mamaya Modelo III) ay binuo para sa mga pangangailangan ng mga anti-aircraft fire control system. Nagsimula itong gumana noong 1944 sa Fort Bliss, Texas. Ang aparato ay naglalaman ng 1400 relay at maaaring magsagawa ng isang programa ng mga pagpapatakbo ng matematika na tinutukoy ng isang pagkakasunud-sunod ng mga tagubilin sa isang naka-loop na tape na papel. Ang isang tape na may input data ay ibinigay nang hiwalay, at ang tabular na data ay ibinigay nang hiwalay. Ginawa nitong posible na mabilis na mahanap ang mga halaga ng, halimbawa, mga function ng trigonometriko nang walang tunay na mga kalkulasyon. Ang mga inhinyero ng Bell ay bumuo ng mga espesyal na search circuit (mga hunting circuit) na nag-scan ng tape pasulong/paatras at hinanap ang address ng gustong halaga ng talahanayan, anuman ang mga kalkulasyon. Nalaman ni Stibitz na ang kanyang Model III na computer, ang pag-click sa mga relay araw at gabi, ay pinalitan ang 25-40 na mga computer.
Bell Model III Relay Racks
Ang Model V na kotse ay wala nang oras upang makita ang serbisyo militar. Ito ay naging mas maraming nalalaman at makapangyarihan. Kung susuriin natin ang bilang ng mga computer na pinalitan nito, ito ay humigit-kumulang sampung beses na mas malaki kaysa sa Modelo III. Maraming mga module ng computing na may 9 libong relay ang maaaring makatanggap ng data ng input mula sa ilang mga istasyon, kung saan ang mga gumagamit ay pumasok sa mga kondisyon ng iba't ibang mga gawain. Ang bawat naturang istasyon ay may isang tape reader para sa data entry at lima para sa mga tagubilin. Ginawa nitong posible na tumawag sa iba't ibang mga subroutine mula sa pangunahing tape kapag kinakalkula ang isang gawain. Ang pangunahing control module (esensyal ay isang analogue ng operating system) ay namahagi ng mga tagubilin sa mga computing module depende sa kanilang availability, at ang mga program ay maaaring magsagawa ng mga conditional branch. Ito ay hindi na lamang isang calculator.
Taon ng mga Himala: 1937
Ang taong 1937 ay maaaring ituring na isang turning point sa kasaysayan ng computing. Sa taong iyon, napansin nina Shannon at Stibitz ang pagkakatulad sa pagitan ng mga relay circuit at mathematical function. Ang mga natuklasang ito ay humantong sa Bell Labs na lumikha ng isang serye ng mahahalagang digital machine. Ito ay uri ng - o kahit na pagpapalit - kapag ang isang katamtamang relay ng telepono, nang hindi binabago ang pisikal na anyo nito, ay naging sagisag ng abstract na matematika at lohika.
Sa parehong taon sa Enero isyu ng publikasyon Mga Pamamaraan ng London Mathematical Society naglathala ng artikulo ng British mathematician na si Alan Turing “Sa computable numbers in relation to "(Sa Computable Numbers, Na may Application sa Entscheidungsproblem). Inilarawan nito ang isang unibersal na computing machine: ang may-akda ay nagtalo na maaari itong magsagawa ng mga aksyon na lohikal na katumbas ng mga aksyon ng mga computer ng tao. Si Turing, na pumasok sa graduate school sa Princeton University noong nakaraang taon, ay interesado rin sa mga relay circuit. At, tulad ni Bush, nababahala siya tungkol sa lumalaking banta ng digmaan sa Alemanya. Kaya kinuha niya ang isang side cryptography project—isang binary multiplier na maaaring magamit upang i-encrypt ang mga komunikasyong militar. Binuo ito ni Turing mula sa mga relay na naka-assemble sa machine shop ng unibersidad.
Noong 1937 din, iniisip ni Howard Aiken ang tungkol sa isang iminungkahing awtomatikong computing machine. Isang Harvard electrical engineering graduate student, ginawa ni Aiken ang kanyang makatarungang bahagi ng mga kalkulasyon gamit lamang ang isang mechanical calculator at mga naka-print na libro ng mga talahanayan ng matematika. Iminungkahi niya ang isang disenyo na aalisin ang gawaing ito. Hindi tulad ng mga kasalukuyang computing device, ito ay dapat na magproseso ng mga proseso nang awtomatiko at paikot, gamit ang mga resulta ng nakaraang mga kalkulasyon bilang input sa susunod.
Samantala, sa Nippon Electric Company, sinaliksik ng telecommunications engineer na si Akira Nakashima ang mga koneksyon sa pagitan ng mga relay circuit at matematika mula noong 1935. Sa wakas, noong 1938, nakapag-iisa niyang pinatunayan ang pagkakapareho ng mga relay circuit sa Boolean algebra, na natuklasan ni Shannon noong isang taon.
Sa Berlin, si Konrad Zuse, isang dating aircraft engineer na pagod sa walang katapusang mga kalkulasyon na kinakailangan sa trabaho, ay naghahanap ng mga pondo upang makagawa ng pangalawang computer. Hindi niya magawang gumana nang mapagkakatiwalaan ang kanyang unang mekanikal na aparato, ang V1, kaya gusto niyang gumawa ng relay na computer, na binuo niya kasama ng kanyang kaibigan, ang telecommunications engineer na si Helmut Schreyer.
Ang versatility ng mga relay ng telepono, mga konklusyon tungkol sa matematikal na lohika, ang pagnanais ng mga maliliwanag na isipan na mapupuksa ang gawaing nagpapamanhid ng isip - lahat ng ito ay magkakaugnay at humantong sa paglitaw ng ideya ng isang bagong uri ng lohikal na makina.
Nakalimutang Henerasyon
Ang mga bunga ng mga pagtuklas at pag-unlad noong 1937 ay kailangang pahinugin ng ilang taon. Ang digmaan ay napatunayang pinakamakapangyarihang pataba, at sa pagdating nito, nagsimulang lumitaw ang mga relay computer saanman umiiral ang kinakailangang teknikal na kadalubhasaan. Ang lohika ng matematika ay naging trellis para sa mga baging ng electrical engineering. Lumitaw ang mga bagong anyo ng mga programmable computing machine—ang unang sketch ng mga modernong computer.
Bilang karagdagan sa mga makina ni Stiebitz, noong 1944 ay maipagmamalaki ng US ang Harvard Mark I/IBM Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), resulta ng panukala ni Aiken. Ang dobleng pangalan ay lumitaw dahil sa pagkasira ng mga relasyon sa pagitan ng akademya at industriya: lahat ay nag-claim sa device. Gumamit ang Mark I/ASCC ng mga relay control circuit, ngunit ang pangunahing arithmetic unit ay batay sa arkitektura ng IBM mechanical calculators. Ang sasakyan ay nilikha para sa mga pangangailangan ng US Bureau of Shipbuilding. Ang kahalili nito, ang Mark II, ay nagsimulang gumana noong 1948 sa isang Navy test site, at lahat ng operasyon nito ay ganap na nakabatay sa mga relay—13 relay.
Sa panahon ng digmaan, gumawa si Zuse ng ilang mga relay computer, na lalong kumplikado. Ang culmination ay ang V4, na, tulad ng Bell Model V, ay may kasamang mga setting para sa pagtawag sa mga subroutine at gumanap ng mga conditional branch. Dahil sa mga kakulangan sa materyal sa Japan, wala sa mga disenyo ng Nakashima at ng kanyang mga kababayan ang natanto sa metal hanggang sa makabawi ang bansa mula sa digmaan. Noong 1950s, ang bagong nabuo na Ministry of Foreign Trade and Industry ay pinondohan ang paglikha ng dalawang relay machine, ang pangalawa ay isang halimaw na may 20 libong relay. Ang Fujitsu, na lumahok sa paglikha, ay nakabuo ng sarili nitong mga komersyal na produkto.
Ngayon ang mga makinang ito ay halos ganap na nakalimutan. Isang pangalan na lang ang nananatili sa memorya - ENIAC. Ang dahilan ng pagkalimot ay hindi nauugnay sa kanilang pagiging kumplikado, o mga kakayahan, o bilis. Ang mga computational at logical na katangian ng mga relay, na natuklasan ng mga siyentipiko at mananaliksik, ay nalalapat sa anumang uri ng device na maaaring kumilos bilang switch. At nangyari na ang isa pang katulad na aparato ay magagamit - electronic isang switch na maaaring gumana nang daan-daang beses na mas mabilis kaysa sa isang relay.
Ang kahalagahan ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig sa kasaysayan ng computing ay dapat na malinaw na. Ang pinaka-kahila-hilakbot na digmaan ay naging impetus para sa pagbuo ng mga elektronikong makina. Ang paglulunsad nito ay nagpalaya sa mga mapagkukunang kailangan upang malampasan ang mga halatang pagkukulang ng mga electronic switch. Ang paghahari ng mga electromechanical na kompyuter ay maikli ang buhay. Tulad ng mga Titans, pinatalsik sila ng kanilang mga anak. Tulad ng mga relay, ang electronic switching ay lumitaw mula sa mga pangangailangan ng industriya ng telekomunikasyon. At upang malaman kung saan ito nagmula, dapat nating i-rewind ang ating kasaysayan sa isang sandali sa bukang-liwayway ng panahon ng radyo.
Pinagmulan: www.habr.com