Bizim röle devreleri kullanılarak kontrol edilen otomatik telefon anahtarlarının yükselişini anlattı. Bu sefer bilim adamlarının ve mühendislerin, artık unutulmuş olan ilk nesil dijital bilgisayarlarda röle devrelerini nasıl geliştirdiklerinden bahsetmek istiyoruz.
Röle zirvesinde
Hatırlarsanız, rölenin çalışması basit bir prensibe dayanır: Elektromıknatıs, metal bir anahtarı çalıştırır. Aktarma fikri, 1830'larda telgraf işindeki birçok doğa bilimci ve girişimci tarafından bağımsız olarak önerildi. Daha sonra XNUMX. yüzyılın ortalarında mucitler ve tamirciler, röleleri telgraf ağlarının güvenilir ve vazgeçilmez bir bileşeni haline getirdiler. Rölenin ömrünün doruğa ulaştığı yer burasıydı: minyatürleştirildi ve nesiller boyu mühendisler resmi olarak matematik ve fizik eğitimi alırken sayısız tasarım yarattılar.
1870. yüzyılın başlarında sadece otomatik anahtarlama sistemleri değil, hemen hemen tüm telefon ağı ekipmanları da bir tür röle içeriyordu. Telefon iletişimindeki ilk kullanımlardan biri, XNUMX'li yıllara, manuel santrallere dayanmaktadır. Abone telefon kolunu (manyeto kolu) çevirdiğinde, telefon santraline blenderi çalıştıran bir sinyal gönderildi. Kapatıcı, tetiklendiğinde telefon operatörünün santral masasına gelen bir aramayı belirten metal bir kapağın düşmesine neden olan bir röledir. Daha sonra genç bayan operatör fişi konnektöre taktı, röle sıfırlandı, ardından elektromıknatıs tarafından bu konumda tutulan kapağı tekrar kaldırmak mümkün oldu.
1924'e gelindiğinde iki Bell mühendisi, tipik bir manuel telefon santralinin yaklaşık 10 aboneye hizmet verdiğini yazdı. Ekipmanında toplam manyetik gücü “40 tonu kaldırmaya yetecek” olan 65-10 bin röle bulunuyordu. Makine anahtarlı büyük telefon santrallerinde bu özellikler ikiyle çarpıldı. ABD telefon sisteminde milyonlarca aktarma kullanılıyordu ve telefon santralleri otomatikleştikçe bu sayı sürekli artıyordu. Bir telefon bağlantısı, ilgili telefon santrallerinin sayısına ve ekipmanına bağlı olarak birkaç ila birkaç yüz arasında röle tarafından sağlanabilir.
Bell Corporation'ın bir üretim yan kuruluşu olan Western Electric'in fabrikaları çok çeşitli röleler üretti. Mühendisler o kadar çok değişiklik yarattı ki, en gelişmiş köpek yetiştiricileri veya güvercin yetiştiricileri bile bu çeşitliliğe imrenecek. Rölenin çalışma hızı ve hassasiyeti optimize edildi ve boyutları küçültüldü. 1921 yılında Western Electric yüz temel tipte yaklaşık 5 milyon röle üretti. En popüler olanı, onlarca gram ağırlığında, düz, neredeyse dikdörtgen bir cihaz olan E Tipi evrensel röleydi. Çoğunlukla damgalanmış metal parçalardan yapılmıştır, yani üretimde teknolojik olarak ilerlemiştir. Muhafaza, kontakları tozdan ve komşu cihazlardan gelen indüklenen akımlardan koruyordu: genellikle röleler, yüzlerce ve binlerce rölenin bulunduğu raflara birbirine yakın monte ediliyordu. Her biri farklı sargı ve kontak konfigürasyonlarına sahip toplam 3 Tip E varyantı geliştirildi.
Kısa süre sonra bu röleler en karmaşık anahtarlarda kullanılmaya başlandı.
Koordinat komütatörü
1910 yılında, İsveç telefon pazarının çoğunu (on yıllar boyunca neredeyse tamamını) kontrol eden devlet şirketi Royal Telegrafverket'te mühendis olan Gotthilf Betulander'in aklına bir fikir geldi. Tamamen rölelere dayalı otomatik anahtarlama sistemleri kurarak Telegrafverket operasyonlarının verimliliğini büyük ölçüde artırabileceğine inanıyordu. Daha doğrusu, röle matrislerinde: çubukların kesişme noktalarında röleler bulunan, telefon hatlarına bağlı çelik çubuklardan oluşan ızgaralar. Böyle bir anahtar, kayan veya dönen kontaklara dayalı sistemlerden daha hızlı, daha güvenilir ve bakımı daha kolay olmalıdır.
Üstelik Betulander, sistemin seçim ve bağlantı parçalarını bağımsız röle devrelerine ayırmanın mümkün olduğu fikrini ortaya attı. Ve sistemin geri kalanı yalnızca bir ses kanalı oluşturmak için kullanılmalı ve daha sonra başka bir çağrıyı yönetmek için serbest bırakılmalıdır. Yani Betulander daha sonra “ortak kontrol” olarak adlandırılan bir fikir ortaya attı.
Gelen çağrı numarasını saklayan devreye “kaydedici” (başka bir terim de kayıttır) adını verdi. Ve ızgarada mevcut bir bağlantıyı bulan ve "işaretleyen" devreye "işaretleyici" adı verilir. Yazar sisteminin patentini aldı. Stockholm ve Londra'da bu tür birkaç istasyon ortaya çıktı. Ve 1918'de Betulander bir Amerikan yeniliğini öğrendi: Beş yıl önce Bell mühendisi John Reynolds tarafından yaratılan koordinat anahtarı. Bu anahtar Betulander'in tasarımına çok benziyordu ama n+m servis rölesi n+m telefon santrallerinin daha da genişletilmesi için çok daha uygun olan matris düğümleri. Bağlantı yapılırken tutma çubuğu piyano telinin "parmaklarını" kenetledi ve seçme çubuğu başka bir çağrıya bağlanmak için matris boyunca hareket etti. Ertesi yıl Betulander bu fikri anahtar tasarımına dahil etti.
Ancak çoğu mühendis, Betulander'in yaratımının tuhaf ve gereksiz derecede karmaşık olduğunu düşünüyordu. İsveç'in en büyük şehirlerinin ağlarını otomatikleştirmek için bir anahtarlama sistemi seçmenin zamanı geldiğinde Telegrafverket, Ericsson tarafından geliştirilen bir tasarımı seçti. Betulander anahtarları yalnızca kırsal alanlardaki küçük telefon santrallerinde kullanılıyordu: Röleler, Ericsson anahtarlarının motorlu otomasyonundan daha güvenilirdi ve her santralde bakım teknisyeni gerektirmiyordu.
Ancak Amerikalı telefon mühendislerinin bu konuda farklı görüşleri vardı. 1930'da Bell Laboratuvarı uzmanları İsveç'e geldi ve "koordinat anahtar modülünün parametrelerinden çok etkilendiler." Amerikalılar geri döndüklerinde, büyük şehirlerdeki panel anahtarlarının yerini alan ve 1 No'lu koordinat sistemi olarak bilinen sistem üzerinde hemen çalışmaya başladılar. 1938'de New York'ta bu tür iki sistem kuruldu. Kısa süre sonra şehir telefon santralleri için standart ekipman haline geldiler, ta ki 30 yıldan fazla bir süre sonra elektronik anahtarlar onların yerini alana kadar.
X-Switch No. 1'in en ilginç bileşeni Bell'de geliştirilen yeni, daha karmaşık bir işaretleyiciydi. Birbirine bağlı çeşitli koordinat modülleri aracılığıyla arayan kişiden aranan kişiye ücretsiz bir rota aranarak telefon bağlantısı oluşturulması amaçlandı. İşaretçinin ayrıca her bağlantıyı serbest/meşgul durumu açısından test etmesi gerekiyordu. Bu, koşullu mantığın uygulanmasını gerektiriyordu. Tarihçi Robert Chapuis'in yazdığı gibi:
Seçim koşulludur çünkü ücretsiz bir bağlantı yalnızca çıkışı olarak bir sonraki seviyeye serbest bağlantıya sahip bir şebekeye erişim sağlıyorsa tutulur. Eğer birkaç bağlantı seti istenen koşulları karşılıyorsa, "tercihli mantık" en az sayıda bağlantıdan birini seçer...
Koordinat anahtarı, teknolojik fikirlerin çapraz verimlileştirilmesinin harika bir örneğidir. Betulander tüm röle anahtarını yarattı, ardından onu Reynolds anahtarlama matrisiyle geliştirdi ve ortaya çıkan tasarımın performansını kanıtladı. AT&T mühendisleri daha sonra bu hibrit anahtarı yeniden tasarladılar, geliştirdiler ve 1 No'lu Koordinat Sistemini yarattılar. Bu sistem daha sonra iki ilk bilgisayarın bileşeni haline geldi; bunlardan biri artık bilgisayar tarihinde bir dönüm noktası olarak biliniyor.
Matematiksel emek
Rölelerin ve onların elektronik kuzenlerinin bilgi işlemde devrim yaratmaya nasıl ve neden yardımcı olduğunu anlamak için matematik dünyasına kısa bir giriş yapmamız gerekiyor. Bundan sonra, bilgi işlem süreçlerinin optimizasyonu için neden gizli bir talebin olduğu anlaşılacaktır.
20. yüzyılın başlarında modern bilim ve mühendisliğin tüm sistemi, matematiksel hesaplamalar yapan binlerce insanın çalışmasına dayanıyordu. Onlar çağrıldı bilgisayarlar (bilgisayarlar) [Karışıklığı önlemek için bu terim metin boyunca kullanılacaktır. hesap makineleri. - Not. Lane] 1820'lerde Charles Babbage yarattı (her ne kadar aygıtının ideolojik öncülleri olsa da). Ana görevi, örneğin navigasyon için matematiksel tabloların oluşturulmasını otomatikleştirmekti (trigonometrik fonksiyonların 0 derece, 0,01 derece, 0,02 derece vb. polinom yaklaşımlarıyla hesaplanması). Astronomide matematiksel hesaplamalara da büyük bir talep vardı: gök küresinin sabit alanlarındaki teleskopik gözlemlerin ham sonuçlarını (gözlemlerin zamanına ve tarihine bağlı olarak) işlemek veya yeni nesnelerin yörüngelerini belirlemek (örneğin, Halley kümesi).
Babbage'nin zamanından bu yana bilgi işlem makinelerine olan ihtiyaç kat kat arttı. Elektrik enerjisi şirketlerinin, son derece karmaşık dinamik özelliklere sahip omurga güç iletim sistemlerinin davranışını anlamaları gerekiyordu. Mermileri ufka fırlatabilen Bessemer çelik topları (ve bu nedenle, hedefin doğrudan gözlemlenmesi sayesinde artık hedef alınmıyorlardı), giderek daha doğru balistik tablolar gerektiriyordu. Büyük miktarlarda matematiksel hesaplamalar içeren yeni istatistiksel araçlar (en küçük kareler yöntemi gibi) hem bilimde hem de büyüyen hükümet aygıtlarında giderek daha fazla kullanıldı. Üniversitelerde, devlet kurumlarında ve endüstriyel şirketlerde genellikle kadınları işe alan bilgisayar bölümleri ortaya çıktı.
Mekanik hesap makineleri yalnızca hesaplama problemini kolaylaştırdı ancak çözmedi. Hesap makineleri aritmetik işlemleri hızlandırdı, ancak herhangi bir karmaşık bilimsel veya mühendislik problemi yüzlerce veya binlerce işlem gerektiriyordu; bunların her biri (insan) hesap makinesinin manuel olarak gerçekleştirmesi ve tüm ara sonuçları dikkatlice kaydetmesi gerekiyordu.
Matematiksel hesaplama problemine yeni yaklaşımların ortaya çıkmasına çeşitli faktörler katkıda bulunmuştur. Geceleri görevlerini acıyla hesaplayan genç bilim insanları ve mühendisler, ellerini ve gözlerini dinlendirmek istediler. Proje yöneticileri, özellikle Birinci Dünya Savaşı'ndan sonra çok sayıda bilgisayarın maaşı için giderek daha fazla para harcamak zorunda kaldı. Son olarak, birçok ileri bilimsel ve mühendislik probleminin elle hesaplanması zordu. Tüm bu faktörler, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde (MIT) elektrik mühendisi olan Vannevar Bush'un önderliğinde yürütülen bir dizi bilgisayarın yaratılmasına yol açtı.
Diferansiyel analizör
Bu noktaya kadar tarih çoğu zaman kişisel değildi ama artık belirli insanlar hakkında daha fazla konuşmaya başlayacağız. Panel anahtarının, E Tipi rölenin ve referans işaretleyici devresinin yaratıcıları ün kazandı. Onlar hakkında biyografik anekdotlar bile hayatta kalmadı. Yaşamlarına dair halka açık tek kanıt, yarattıkları makinelerin fosil kalıntılarıdır.
Artık insanları ve geçmişlerini daha derinlemesine anlayabiliriz. Ancak artık evdeki çatı katlarında ve atölyelerde çok çalışan Morse ve Vail, Bell ve Watson ile tanışmayacağız. Birinci Dünya Savaşı'nın sonunda kahraman mucitlerin dönemi neredeyse sona ermişti. Thomas Edison bir geçiş figürü olarak kabul edilebilir: Kariyerinin başında işe alınmış bir mucitti ve sonunda bir "icat fabrikasının" sahibi oldu. O zamana kadar, en dikkate değer yeni teknolojilerin geliştirilmesi, üniversitelerin, kurumsal araştırma departmanlarının, devlet laboratuvarlarının olduğu kuruluşların alanı haline gelmişti. Bu bölümde bahsedeceğimiz kişiler bu tür kuruluşlara mensuptu.
Örneğin Vannevar Bush. 1919 yılında, 29 yaşındayken MIT'ye geldi. 20 yıldan biraz daha uzun bir süre sonra, Amerika Birleşik Devletleri'nin II. Dünya Savaşı'na katılımını etkileyen ve hükümet, akademi ve bilim ve teknolojinin gelişimi arasındaki ilişkiyi sonsuza dek değiştiren hükümet finansmanının artmasına yardımcı olan kişilerden biriydi. Ancak bu makalenin amaçları doğrultusunda, 1920'lerin ortasından itibaren Bush laboratuvarında geliştirilen ve matematiksel hesaplama problemini çözmeyi amaçlayan bir dizi makineyle ilgileniyoruz.
Yakın zamanda Boston'un merkezinden Cambridge'deki Charles Nehri kıyısına taşınan MIT, endüstrinin ihtiyaçlarıyla yakından uyumluydu. Bush'un kendisi, profesörlüğünün yanı sıra, elektronik alanındaki çeşitli işletmelerde de mali çıkarlara sahipti. Dolayısıyla Busch ve öğrencilerini yeni bilgi işlem cihazı üzerinde çalışmaya yönlendiren sorunun enerji endüstrisinden kaynaklanması şaşırtıcı olmasa gerek: en yüksek yük koşulları altında iletim hatlarının davranışının simüle edilmesi. Açıkçası bu, bilgisayarların birçok olası uygulamasından yalnızca biriydi: Her yerde sıkıcı matematiksel hesaplamalar yapılıyordu.
Busch ve meslektaşları ilk olarak ürün integralleri adı verilen iki makine ürettiler. Ama en ünlü ve başarılı MIT makinesi bir başkasıydı: diferansiyel analizör1931'de tamamlandı. Elektriğin iletimi ile ilgili sorunları çözdü, elektronların yörüngelerini, Dünya'nın manyetik alanındaki kozmik radyasyonun yörüngelerini ve çok daha fazlasını hesapladı. Bilgi işlem gücüne ihtiyaç duyan dünya çapındaki araştırmacılar, 1930'larda diferansiyel analizörün düzinelerce kopyasını ve varyasyonlarını yarattılar. Hatta bazıları Meccano'dan (markanın Amerikan çocuk inşaat setlerinin İngiliz analogu) ).
Diferansiyel analizör analog bir bilgisayardır. Matematiksel fonksiyonlar, her birinin dönüş hızı bazı niceliksel değerleri yansıtan dönen metal çubuklar kullanılarak hesaplandı. Motor bağımsız bir çubuğu çalıştırdı - bir değişken (genellikle zamanı temsil eder), bu da diğer çubukları (farklı diferansiyel değişkenler) mekanik bağlantılar aracılığıyla döndürdü ve giriş dönüş hızına göre bir fonksiyon hesaplandı. Hesaplamaların sonuçları eğriler halinde kağıt üzerine çizildi. En önemli bileşenler entegratörlerdi; disk şeklinde dönen tekerlekler. Entegratörler, sıkıcı manuel hesaplamalara gerek kalmadan bir eğrinin integralini hesaplayabilir.
Diferansiyel analizör. İntegral modül - yükseltilmiş kapaklı, pencerenin yanında hesaplama sonuçlarını içeren tablolar vardır ve ortada bir dizi hesaplama çubuğu vardır
Analizör bileşenlerinin hiçbiri ayrı anahtarlama röleleri veya herhangi bir dijital anahtar içermiyordu. Peki neden bu cihazdan bahsediyoruz? Cevap dördüncü aile arabası.
1930'ların başında Bush, analizörün daha da geliştirilmesi için fon sağlamak amacıyla Rockefeller Vakfı'na başvurmaya başladı. Vakfın doğa bilimleri başkanı Warren Weaver başlangıçta ikna olmamıştı. Mühendislik onun uzmanlık alanı değildi. Ancak Busch, yeni makinesinin bilimsel uygulamalara, özellikle de Weaver'ın gözde projesi olan matematiksel biyolojiye yönelik sınırsız potansiyelini övdü. Bush ayrıca analiz cihazında, "analiz cihazını bir telefon santrali gibi hızlı bir şekilde bir sorundan diğerine geçirme yeteneği" de dahil olmak üzere çok sayıda iyileştirme sözü verdi. 1936'da çabaları, daha sonra Rockefeller Diferansiyel Analizörü olarak adlandırılan yeni bir cihazın yaratılması için 85 dolarlık bir hibe ile ödüllendirildi.
Pratik bir bilgisayar olarak bu analizör büyük bir atılım değildi. MIT'nin başkan yardımcısı ve mühendislik dekanı olan Bush, geliştirmeyi yönlendirmeye fazla zaman ayıramadı. Aslında kısa süre sonra geri çekildi ve Washington'daki Carnegie Enstitüsü'nün başkanlığını üstlendi. Bush savaşın yaklaştığını hissediyordu ve ordunun ihtiyaçlarına hizmet edebilecek çeşitli bilimsel ve endüstriyel fikirleri vardı. Yani, belirli sorunların çözümünü daha etkili bir şekilde etkileyebileceği güç merkezine daha yakın olmak istiyordu.
Aynı zamanda yeni tasarımın gerektirdiği teknik sorunlar laboratuvar personeli tarafından çözüldü ve kısa sürede askeri sorunlar üzerinde çalışmaya yönlendirilmeye başlandı. Rockefeller makinesi ancak 1942'de tamamlandı. Ordu, topçulara yönelik balistik masaların hat içi üretimi için bunu faydalı buldu. Ancak çok geçmeden bu cihaz tümüyle gölgede kaldı dijital bilgisayarlar — sayıları fiziksel büyüklükler olarak değil, anahtar konumlarını kullanarak soyut olarak temsil eder. Rockefeller analizörünün kendisi de röle devrelerinden oluşan pek çok benzer anahtar kullandı.
Shannon
1936'da Claude Shannon sadece 20 yaşındaydı ama Michigan Üniversitesi'nden elektrik mühendisliği ve matematik alanında lisans derecesi ile mezun olmuştu. MIT'e bir ilan panosuna iliştirilen bir broşürle getirildi. Vannevar Bush, diferansiyel analizör üzerinde çalışacak yeni bir asistan arıyordu. Shannon başvurusunu hiç tereddüt etmeden sundu ve yeni cihaz şekillenmeye başlamadan önce yeni sorunlar üzerinde çalışmaya başladı.
Shannon, Bush'a hiç benzemiyordu. O ne bir iş adamı, ne akademik bir imparatorluk kurucusu, ne de bir yöneticiydi. Hayatı boyunca oyunları, bulmacaları ve eğlenceyi severdi: satranç, hokkabazlık, labirentler, kriptogramlar. Çağının pek çok adamı gibi, Shannon da savaş sırasında kendisini ciddi işlere adadı: zayıf bedenini zorunlu askerlikten koruyan bir hükümet sözleşmesi kapsamında Bell Laboratuarlarında bir pozisyonda çalışıyordu. Bu dönemde ateş kontrolü ve kriptografi üzerine yaptığı araştırmalar, bilgi teorisi üzerine ufuk açıcı çalışmalara yol açtı (buna değinmeyeceğiz). 1950'lerde, savaş ve sonrasında yaşananlar yatışınca Shannon, MIT'de öğretmenlik yapmaya geri döndü ve boş zamanlarını oyalanmakla geçirdi: yalnızca Romen rakamlarıyla çalışan bir hesap makinesi; makine açıldığında mekanik bir kol belirdi ve makineyi kapattı.
Shannon'ın karşılaştığı Rockefeller makinesinin yapısı mantıksal olarak 1931'deki analizörünkiyle aynıydı ancak tamamen farklı fiziksel bileşenlerden yapılmıştı. Busch, eski makinelerdeki çubukların ve mekanik dişlilerin kullanım verimliliğini azalttığını fark etti: Hesaplamaların yapılabilmesi için makinenin kurulması gerekiyordu ve bu da vasıflı teknisyenlerin saatlerce çalışmasını gerektiriyordu.
Yeni analizör bu dezavantajı ortadan kaldırdı. Tasarımı çubuklu bir masaya değil, Bell Laboratuvarları tarafından bağışlanan fazlalık bir prototip olan çapraz diskli bir komütatöre dayanıyordu. Gücü merkezi bir şafttan iletmek yerine, her bir entegre modül bağımsız olarak bir elektrik motoruyla çalıştırılıyordu. Makineyi yeni bir sorunu çözecek şekilde yapılandırmak için, entegratörleri istenen sıraya bağlayacak şekilde koordinat matrisindeki röleleri yapılandırmak yeterliydi. Delikli bir bant okuyucu (başka bir telekomünikasyon cihazından, rulo teletipten ödünç alınmıştır) makinenin konfigürasyonunu okur ve bir röle devresi, banttan gelen sinyali matris için kontrol sinyallerine dönüştürür; bu, entegratörler arasında bir dizi telefon görüşmesi ayarlamak gibiydi.
Yeni makine yalnızca çok daha hızlı ve kurulumu kolay değildi, aynı zamanda önceki modele göre daha hızlı ve daha doğruydu. Daha karmaşık problemleri çözebilirdi. Bugün bu bilgisayar ilkel, hatta abartılı olarak kabul edilebilir, ancak o zamanlar gözlemcilere büyük (veya belki de korkunç) bir zekanın iş başında olduğu görülüyordu:
Temel olarak bir matematik robotudur. Sadece insan beynini ağır hesaplama ve analiz yükünden kurtarmak için değil, aynı zamanda zihin tarafından çözülemeyen matematik problemlerine saldırıp çözmek için tasarlanmış, elektrikle çalışan bir otomat.
Shannon, kağıt banttaki verileri "beyin" için talimatlara dönüştürmeye odaklandı ve röle devresi bu işlemden sorumluydu. Devrenin yapısı ile Michigan'daki yüksek lisans eğitimini aldığı Boole cebirinin matematiksel yapıları arasındaki uyumu fark etti. Bu, işlenenleri olan bir cebirdir. Doğru ve yanlışve operatörler tarafından - VE, VEYA, DEĞİL vb. Mantıksal ifadelere karşılık gelen cebir.
1937 yazını Manhattan'daki Bell Laboratuarlarında (röle devreleri hakkında düşünmek için ideal bir yer) çalışarak geçirdikten sonra Shannon, "Röle ve Anahtarlama Devrelerinin Sembolik Analizi" başlıklı yüksek lisans tezini yazdı. Alan Turing'in önceki yılki çalışmasının yanı sıra Shannon'ın tezi de bilgisayar biliminin temelini oluşturdu.
1940'larda ve 1950'lerde Shannon birkaç hesaplama/mantıksal makine üretti: THROBAC Roman hesap makinesi, bir satranç oyunsonu makinesi ve içinden elektromekanik bir farenin hareket ettiği bir labirent olan Theseus (resimde)
Shannon, önermesel mantık denklemleri sisteminin mekanik olarak doğrudan röle anahtarlarından oluşan fiziksel bir devreye dönüştürülebileceğini keşfetti. Şu sonuca vardı: "Kelimeler kullanılarak sınırlı sayıda adımla tanımlanabilecek hemen hemen her işlem EĞER, VE, VEYA vb. işlemler bir röle kullanılarak otomatik olarak gerçekleştirilebilir.” Örneğin seri olarak bağlanan iki kontrollü anahtar rölesi mantıksal bir bağlantı oluşturur. И: Akım, yalnızca anahtarları kapatmak için her iki elektromıknatıs etkinleştirildiğinde ana kablodan akacaktır. Aynı anda iki rölenin paralel bağlanması VEYA: Akım, elektromıknatıslardan biri tarafından etkinleştirilen ana devre üzerinden akar. Böyle bir mantık devresinin çıkışı, diğer rölelerin elektromıknatıslarını kontrol ederek (A) gibi daha karmaşık mantık işlemlerini üretebilir. И B) veya (C) И G).
Shannon tezini, kendi yöntemi kullanılarak oluşturulan devrelerin çeşitli örneklerini içeren bir ek ile tamamladı. Boolean cebirinin işlemleri ikili sistemdeki aritmetik işlemlere (yani ikili sayılar kullanan) çok benzediğinden, bir rölenin nasıl "ikili sistemdeki elektriksel toplayıcıya" (biz buna ikili toplayıcı diyoruz) birleştirilebileceğini gösterdi. Birkaç ay sonra Bell Laboratuarlarındaki bilim adamlarından biri mutfak masasına böyle bir toplayıcı inşa etti.
Stbitz
Bell Labs'ın Manhattan'daki genel merkezinde matematik bölümünde araştırmacı olan George Stbitz, 1937'nin karanlık bir Kasım akşamında evine tuhaf bir ekipman seti getirdi. Kuru pil hücreleri, donanım panelleri için iki küçük ışık ve bir çöp kutusunda bulunan birkaç düz U Tipi röle. Birkaç kablo ve biraz ıvır zıvır ekleyerek, iki adet tek haneli ikili sayıyı (bir giriş voltajının varlığı veya yokluğuyla temsil edilir) toplayan ve ampulleri kullanarak iki haneli bir sayı çıkaran bir cihaz oluşturdu: biri açık, sıfır kapalı için.
İkili Stiebitz toplayıcı
Eğitim almış bir fizikçi olan Stiebitz'den röle mıknatıslarının fiziksel özelliklerini değerlendirmesi istendi. Rölelerle ilgili daha önce hiçbir deneyimi yoktu ve bu nedenle Bell telefon devrelerindeki kullanımlarını inceleyerek işe başladı. George çok geçmeden bazı devreler ile ikili aritmetik işlemler arasındaki benzerlikleri fark etti. İlgisini çekerek yan projesini mutfak masasının üzerine yerleştirdi.
Stiebitz'in rölelerle uğraşması ilk başta Bell Laboratuvarları yönetimi arasında pek ilgi uyandırmadı. Ancak 1938'de araştırma grubunun başkanı George'a hesap makinelerinin karmaşık sayılarla aritmetik işlemler için kullanılıp kullanılamayacağını sordu (örn. bir + biNerede i negatif bir sayının kareköküdür). Bell Laboratuarlarındaki bazı bilgisayar departmanlarının sürekli olarak bu sayıları çarpmak ve bölmek zorunda kalmaları nedeniyle inlemeye başladıkları ortaya çıktı. Bir karmaşık sayıyı çarpmak, masaüstü hesap makinesinde dört aritmetik işlem gerektiriyordu; bölme ise 16 işlem gerektiriyordu. Stbitz sorunu çözebileceğini söyledi ve bu tür hesaplamalar için bir makine devresi tasarladı.
Telefon mühendisi Samuel Williams tarafından metalle hayata geçirilen son tasarıma, Karmaşık Sayı Bilgisayarı veya kısaca Karmaşık Bilgisayar adı verildi ve 1940'ta piyasaya sürüldü. Hesaplamalar için 450 röle kullanıldı, ara sonuçlar on koordinat anahtarında saklandı. Veriler bir rulo teletip kullanılarak girildi ve alındı. Bell Laboratuvarları departmanları bu tür üç teletip kurdu; bu da bilgi işlem gücüne büyük bir ihtiyaç olduğunu gösteriyor. Röleler, matrisler, teletipler; her bakımdan Bell sisteminin bir ürünüydü.
Complex Computer'ın en güzel saati 11 Eylül 1940'ta yaşandı. Stiebitz, Dartmouth College'daki Amerikan Matematik Topluluğu toplantısında bilgisayarla ilgili bir rapor sundu. Oraya, 400 kilometre uzaklıktaki Manhattan'daki Kompleks Bilgisayar'a telgraf bağlantısıyla bir teletip kurulmasını kabul etti. İlgilenenler teletipe gidebilir, klavyede sorunun koşullarını girebilir ve teletipin sonucu bir dakikadan daha kısa bir sürede nasıl sihirli bir şekilde yazdırdığını görebilir. Yeni ürünü test edenler arasında, her biri hikayemizin devamında önemli bir rol oynayacak olan John Mauchly ve John von Neumann da vardı.
Toplantı katılımcıları geleceğin dünyasına kısa bir bakış attılar. Daha sonra bilgisayarlar o kadar pahalı hale geldi ki, kullanıcı yönetim konsolunun önünde çenesini kaşıyıp bir sonraki adımda ne yazacağını düşünürken yöneticiler bilgisayarların boşta kalmasına artık izin veremez hale geldi. Önümüzdeki 20 yıl boyunca bilim insanları, başka bir şey üzerinde çalışırken bile her zaman sizin veri girmenizi bekleyen genel amaçlı bilgisayarları nasıl oluşturacaklarını düşünüyor olacaklar. Ve bu etkileşimli bilgi işlem modunun günün gündemi haline gelmesine kadar bir 20 yıl daha geçecek.
1960'larda Dartmouth İnteraktif Terminalinin arkasında Stiebitz. Dartmouth College etkileşimli hesaplamada öncüydü. Stiebitz 1964'te üniversite profesörü oldu
Çözdüğü sorunlara rağmen Karmaşık Bilgisayarın modern standartlara göre hiç bir bilgisayar olmaması şaşırtıcıdır. Karmaşık sayılar üzerinde aritmetik işlemler gerçekleştirebilir ve muhtemelen diğer benzer problemleri çözebilir, ancak genel amaçlı problemleri çözemez. Programlanabilir değildi. İşlemleri rastgele sırayla veya tekrar tekrar yapamıyordu. Bazı hesaplamaları öncekilerden çok daha iyi yapabilen bir hesap makinesiydi.
II. Dünya Savaşı'nın patlak vermesiyle birlikte Bell, Stiebitz liderliğinde Model II, Model III ve Model IV (Buna göre Karmaşık Bilgisayar, Model I olarak adlandırıldı) adı verilen bir dizi bilgisayar yarattı. Çoğu Ulusal Savunma Araştırma Komitesi'nin isteği üzerine inşa edildi ve başkanlığını Vannevar Bush'tan başkası yapmadı. Stbitz, makinelerin tasarımını, daha fazla fonksiyon çok yönlülüğü ve programlanabilirlik açısından geliştirdi.
Örneğin, Balistik Hesap Makinesi (daha sonra Model III), uçaksavar yangın kontrol sistemlerinin ihtiyaçları için geliştirildi. 1944'te Fort Bliss, Teksas'ta hizmete girdi. Cihaz 1400 röle içeriyordu ve ilmekli bir kağıt bant üzerindeki bir dizi talimatla belirlenen matematiksel işlemlerden oluşan bir programı yürütebiliyordu. Giriş verilerini içeren bir bant ayrı olarak sağlandı ve tablo verileri ayrı olarak sağlandı. Bu, örneğin trigonometrik fonksiyonların değerlerini gerçek hesaplamalar olmadan hızlı bir şekilde bulmayı mümkün kıldı. Bell mühendisleri, hesaplamalara bakılmaksızın bandı ileri/geri tarayarak istenilen tablo değerinin adresini arayan özel arama devreleri (avlama devreleri) geliştirdiler. Stbitz, gece gündüz röleleri çalıştıran Model III bilgisayarının 25-40 bilgisayarın yerini aldığını buldu.
Bell Model III Röle Rafları
Model V arabasının artık askerlik hizmetini görecek zamanı yoktu. Daha da çok yönlü ve güçlü hale geldi. Değiştirdiği bilgisayar sayısını değerlendirirsek Model III'ün yaklaşık on katı büyüklüğündeydi. 9 bin röleye sahip birkaç bilgi işlem modülü, kullanıcıların farklı görevlerin koşullarına girdiği birkaç istasyondan giriş verileri alabiliyordu. Bu tür istasyonların her birinde veri girişi için bir, talimatlar için beş bant okuyucu vardı. Bu, bir görevi hesaplarken ana banttan çeşitli alt programların çağrılmasını mümkün kıldı. Ana kontrol modülü (esasen işletim sisteminin bir benzeri), kullanılabilirliklerine bağlı olarak talimatları bilgi işlem modülleri arasında dağıttı ve programlar koşullu dallanmaları gerçekleştirebiliyordu. Artık sadece bir hesap makinesi değildi.
Mucizeler Yılı: 1937
1937 yılı bilgisayar tarihinde bir dönüm noktası sayılabilir. O yıl Shannon ve Stbitz, röle devreleri ile matematiksel fonksiyonlar arasındaki benzerlikleri fark ettiler. Bu bulgular Bell Laboratuvarlarını bir dizi önemli dijital makine yaratmaya yöneltti. bir nevi - ve hatta ikame - mütevazı bir telefon rölesinin, fiziksel biçimini değiştirmeden soyut matematik ve mantığın vücut bulmuş hali haline gelmesi.
Aynı yılın Ocak sayısında Londra Matematik Derneği Tutanakları İngiliz matematikçi Alan Turing'in "Hesaplanabilir sayılar üzerine" adlı bir makalesi yayınlandı. "(Hesaplanabilir Sayılar Üzerine, Entscheidungsproblem Uygulamasıyla). Evrensel bir bilgi işlem makinesini tanımlıyordu: Yazar, onun mantıksal olarak insan bilgisayarlarının eylemlerine eşdeğer eylemler gerçekleştirebileceğini savundu. Geçen yıl Princeton Üniversitesi'nde yüksek lisansa başlayan Turing'in de röle devreleri ilgisini çekmişti. Ve Bush gibi o da Almanya ile artan savaş tehdidinden endişe duyuyor. Bu yüzden askeri iletişimleri şifrelemek için kullanılabilecek bir ikili çarpan olan bir yan kriptografi projesini üstlendi. Turing bunu üniversitenin makine atölyesinde monte edilen rölelerden yaptı.
Yine 1937'de Howard Aiken önerilen bir otomatik hesaplama makinesi hakkında düşünüyordu. Harvard elektrik mühendisliği yüksek lisans öğrencisi Aiken, hesaplamalarda payına düşeni yalnızca mekanik bir hesap makinesi ve basılı matematik tabloları kitapları kullanarak yaptı. Bu rutini ortadan kaldıracak bir tasarım önerdi. Mevcut bilgi işlem cihazlarından farklı olarak, önceki hesaplamaların sonuçlarını bir sonraki hesaplamaya girdi olarak kullanarak süreçleri otomatik ve döngüsel olarak işlemesi gerekiyordu.
Bu arada, Nippon Electric Company'de telekomünikasyon mühendisi Akira Nakashima, 1935'ten beri röle devreleri ile matematik arasındaki bağlantıları araştırıyordu. Sonunda, 1938'de, Shannon'ın bir yıl önce keşfettiği röle devrelerinin Boole cebirine eşdeğerliğini bağımsız olarak kanıtladı.
Berlin'de, işyerinde yapılması gereken sonsuz hesaplamalardan bıkan eski bir uçak mühendisi olan Konrad Zuse, ikinci bir bilgisayar yapmak için fon arıyordu. İlk mekanik cihazı V1'in güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlayamadı, bu yüzden arkadaşı telekomünikasyon mühendisi Helmut Schreyer ile birlikte geliştirdiği bir aktarma bilgisayarı yapmak istedi.
Telefon rölelerinin çok yönlülüğü, matematiksel mantıkla ilgili sonuçlar, parlak beyinlerin zihin uyuşturan işlerden kurtulma arzusu - tüm bunlar iç içe geçmiş ve yeni bir tür mantıksal makine fikrinin ortaya çıkmasına yol açmıştır.
Unutulan Nesil
1937'deki keşiflerin ve gelişmelerin meyvelerinin birkaç yıl olgunlaşması gerekiyordu. Savaşın en güçlü gübre olduğu ortaya çıktı ve onun ortaya çıkışıyla birlikte, gerekli teknik uzmanlığın olduğu her yerde aktarma bilgisayarları ortaya çıkmaya başladı. Matematiksel mantık, elektrik mühendisliğinin asmalarının kafesi haline geldi. Programlanabilir bilgi işlem makinelerinin yeni biçimleri ortaya çıktı; modern bilgisayarların ilk taslağı.
Stiebitz'in makinelerine ek olarak, 1944 yılına gelindiğinde ABD, Aiken'in önerisinin bir sonucu olarak Harvard Mark I/IBM Otomatik Sıra Kontrollü Hesap Makinesi (ASCC) ile övünebilirdi. Akademi ve endüstri arasındaki ilişkilerin bozulması nedeniyle çift isim ortaya çıktı: Herkes cihazın haklarını talep etti. Mark I/ASCC röle kontrol devrelerini kullanıyordu ancak ana aritmetik birimi IBM mekanik hesap makinelerinin mimarisine dayanıyordu. Araç, ABD Gemi İnşa Bürosu'nun ihtiyaçları için yaratıldı. Halefi Mark II, 1948'de Donanma test sahasında çalışmaya başladı ve tüm operasyonları tamamen rölelere (13 röle) dayanıyordu.
Savaş sırasında Zuse, giderek daha karmaşık hale gelen birkaç aktarma bilgisayarı inşa etti. Sonuç, Bell Model V gibi, alt rutinlerin çağrılması ve koşullu dallanmaların gerçekleştirilmesi için ayarlar içeren V4 oldu. Japonya'daki malzeme kıtlığı nedeniyle, ülke savaştan kurtulana kadar Nakashima ve yurttaşlarının hiçbir tasarımı metalden yapılmadı. 1950'lerde yeni kurulan Dış Ticaret ve Sanayi Bakanlığı, ikincisi 20 bin röleli bir canavar olan iki röle makinesinin oluşturulmasını finanse etti. Oluşuma katılan Fujitsu, kendi ticari ürünlerini geliştirdi.
Bugün bu makineler neredeyse tamamen unutulmuştur. Hafızada yalnızca bir isim kaldı: ENIAC. Unutulmalarının nedeni karmaşıklıkları, yetenekleri veya hızları ile ilgili değildir. Bilim adamları ve araştırmacılar tarafından keşfedilen rölelerin hesaplamalı ve mantıksal özellikleri, anahtar görevi görebilecek her türlü cihaz için geçerlidir. Ve böylece başka bir benzer cihaz daha piyasaya çıktı - elektronik Bir röleden yüzlerce kat daha hızlı çalışabilen bir anahtar.
İkinci Dünya Savaşı'nın bilgisayar tarihindeki önemi zaten açık olmalıdır. En korkunç savaş, elektronik makinelerin gelişmesinin itici gücü oldu. Lansmanı, elektronik anahtarların bariz eksikliklerinin üstesinden gelmek için gereken kaynakları serbest bıraktı. Elektromekanik bilgisayarların saltanatı kısa sürdü. Titanlar gibi onlar da çocukları tarafından devrildiler. Röleler gibi elektronik anahtarlama da telekomünikasyon endüstrisinin ihtiyaçlarından doğmuştur. Ve bunun nereden geldiğini bulmak için tarihimizi radyo çağının başlangıcındaki bir ana geri sarmalıyız.
Kaynak: habr.com
