Забытое поколение релейных компьютеров

В нашей предыдущей статье рассказывалось о росте автоматических телефонных выключателей, управляемых по релейным схемам. На этот раз мы хотим поговорить о том, как ученые и инженеры разработали релейную схему в первом - забытом - поколении цифровых компьютеров.

Эстафета в зените

Если вы помните, работа реле основана на простом принципе: электромагнит работает с металлическим переключателем. Идея реле в 1830-х годах была независимо предложена несколькими натуралистами и предпринимателями в телеграфной отрасли. Затем, в середине девятнадцатого века изобретатели и механики превратили реле в надежный и необходимый элемент телеграфных сетей. Именно в этой области жизнь реле достигла своего апогея: оно было миниатюрным, и поколения инженеров создали множество проектов, формально изучая математику и физику.

В начале 20 века не только системы автоматической коммутации, но и практически все устройства в телефонных сетях содержали реле того или иного типа. Одно из первых применений в телефонной связи относится к 1870 году в ручных переключателях. Когда участник поворачивал ручку телефона (магнитную ручку), с коммутатора поступал сигнал, включающий микшер. Blenker - это реле, которое при активации вызывает падение металлической заслонки на коммутатор оператора, указывая на входящий звонок. Затем молодой оператор вставлял вилку в вилку, реле сбрасывалось, после чего можно было снова поднять заслонку, которую в этом положении удерживал электромагнит.

В 1924 году два инженера Bell создали типичную портативную телефонную станцию, обслуживающую около 10 000 абонентов. Его оборудование включало от 40 до 65 тысяч реле, суммарная магнитная сила которых была «достаточной для подъема 10 тонн». В больших телефонных станциях с машинными коммутаторами эти свойства умножаются на два. Миллионы реле использовались по всей телефонной системе Соединенных Штатов, и их количество постоянно росло по мере автоматизации коммутаторов. Телефонное соединение может служить блоком для нескольких сотен реле, в зависимости от количества и оборудования задействованных телефонных станций.

Заводы Western Electric, производственная структура Bell, производили широкий спектр реле. Инженеры создали столько модификаций, что разнообразию позавидовали бы даже самые искушенные заводчики собак или голубей. Скорость и чувствительность реле были оптимизированы, а размеры уменьшены. В 1921 году Western Electric произвела почти 5 миллионов реле ста основных типов. Самым популярным было универсальное реле Е-типа, плоское, почти прямоугольное устройство, которое весило несколько десятков граммов. По большей части он был изготовлен из штампованных металлических элементов, а значит, его производство было технологичным. Корпус защищал контакты от пыли и вихревых токов соседних устройств: реле обычно устанавливались близко друг к другу в шкафах с сотнями или тысячами реле. Всего было разработано 3000 вариантов E-типа, каждый с различной конфигурацией контактов и обмоток.

Вскоре эти реле стали применяться в самых сложных переключателях.

Переключатель перекладины

В 1910 году идея была выдвинута Готильфом Бетуландером, инженером Royal Telegraph Workshop, государственной корпорации, которая контролировала большую часть шведского телефонного рынка (почти весь на протяжении десятилетий). Он считал, что сможет значительно повысить эффективность Telegrafverket, создав системы автоматического переключения, полностью основанные на реле. Точнее, на релейных матрицах: решетки из стальных жил, подключенных к телефонным линиям, от реле в местах пересечения жил. Такой переключатель должен работать быстрее, надежнее и проще в обслуживании по сравнению с системами, основанными на скользящих или вращающихся контактах.

Более того, Бетуландер обнаружил, что можно разделить части выбора и подключения системы на независимые релейные цепи. А остальную часть системы следует использовать только для настройки голосового канала, а затем освободить ее для ответа на другой вызов. Другими словами, Бетуландер придумал идею, которую позже назвали «совместным контролем».

Он назвал схему, в которой хранится номер входящего звонка, «регистратором» (другой термин - регистр). Схема, которая находит в сети и «обозначает» доступное соединение, назвала имя «маркер». Автор запатентовал свою систему. Несколько таких станций появилось в Стокгольме и Лондоне. А в 1918 году Бетуландер услышал об американской инновации: координатном переключателе, созданном пять лет назад инженером Bell Джоном Рейнольдсом. Этот коммутатор был очень похож на разработку Betulander, но использовал реле нм для обслуживания узлов нм матрицы, что было намного удобнее для дальнейшего расширения телефонных станций. При установлении соединения монтажная рейка зажимала «пальцы» струн пианино и перемещала выбранную рейку вдоль матрицы для подключения к другому вызову. В следующем году Бетуландер реализовал эту идею в конструкции своего распределительного щита.

Но большинство инженеров сочли создание Betulander странным и излишне сложным. Когда пришло время выбирать систему коммутации для автоматизации сетей в крупнейших городах Швеции, Telegrafverket выбрала дизайн, разработанный Ericsson. Коммутаторы Betulander использовались только на небольших телефонных станциях в сельской местности: реле были более надежными, чем моторизованные автоматические переключатели Ericsson, и не требовали обслуживания на каждой станции.

Однако американские телефонисты придерживаются иной точки зрения. В 1930 году Bell Labs прибыла в Швецию и была «очень впечатлена настройками распределительной коробки». По возвращении американцы сразу начали работу над системой координат № 1, которая пришла на смену панельным переключателям в крупных городах. В 1938 году две из этих систем были установлены в Нью-Йорке. Они быстро стали стандартным оборудованием для городских телефонных станций, пока более 30 лет спустя не были заменены электронными коммутаторами.

Самой интересной частью переключателя координат № 1 был новый, более сложный маркер, разработанный Bell. Намерение состояло в том, чтобы найти свободный маршрут от вызывающего абонента к вызывающему через несколько взаимосвязанных модулей координат для создания телефонного соединения. Кроме того, токен должен был проверять каждое соединение на наличие состояния «свободно» / «занято». Это потребовало использования условной логики. Как писал историк Роберт Шапюи:

Выбор является произвольным, поскольку свободное соединение поддерживается только в том случае, если оно обеспечивает доступ к перекладине, имеющей свободное соединение со следующим уровнем в качестве выхода. Если несколько наборов соединений соответствуют желаемым условиям, «предпочтительная логика» выбирает одно из самых маленьких [существующих] соединений ...

Перекладина - отличный пример взаимообогащения технологических идей. Бетуландер построил свой переключатель из всех реле, затем модернизировал его с помощью матрицы переключения Рейнольдса и доказал, что получившаяся конструкция работает. Инженеры ATamp; Позже Т. переработал, улучшил и создал систему координат №1 этого гибридного переключателя. Эта система стала частью двух первых калькуляторов, один из которых теперь известен как веха в истории компьютеров.

Математическая работа

Чтобы понять, как и почему реле и их электронные собратья внесли свой вклад в революцию в компьютерном мире, нам нужно небольшое путешествие в мир математических вычислений. После этого становится понятно, почему существует скрытая потребность в оптимизации вычислительных процессов.

В начале 20 века вся система современной науки и техники была основана на трудах тысяч людей, выполнявших математические расчеты. Их называли компьютерами (компьютерами) [ Во избежание недоразумений, в дальнейшем именуемые компьютерами . - Внимание. позади. ]. В 1820-х годах Чарльз Бэббидж создал дифференциальный двигатель (хотя у его устройства были идеологические предшественники). Его основной задачей было автоматизировать построение математических таблиц, например, для навигации (вычисление тригонометрических функций с использованием полиномиальных приближений до 0 градусов, 0,01 градуса, 0,02 градуса и т. Д.). Также была большая потребность в математических расчетах в астрономии: требовалось обрабатывать необработанные результаты телескопических наблюдений в фиксированных областях небесной сферы (в зависимости от времени и даты наблюдения) или определять орбиты новых объектов (например, Комета Галлея).

Со времен Бэббиджа спрос на компьютеры вырос в геометрической прогрессии. Инструменты, которые должны понимать поведение систем передачи с очень сложными динамическими свойствами. Стальные бессемеровские пушки, которые могли бросать гранаты за горизонт (что означало, что при прямом наблюдении за целью больше не управлялись) требовали все более точных баллистических таблиц. Новые статистические инструменты, включающие большое количество математических расчетов (например, метод наименьших квадратов), все чаще использовались как в академических кругах, так и в развивающемся правительственном аппарате. Компьютерные факультеты стали появляться в университетах, государственных учреждениях и промышленных компаниях, которые обычно нанимали женщин.

Механические калькуляторы только облегчили вычисление, а не решение. Калькуляторы ускоряли арифметические операции, но каждая сложная научная или инженерная задача требовала сотен или тысяч операций, каждую из которых компьютер (человек) должен был выполнять вручную, тщательно записывая все промежуточные результаты.

Несколько факторов способствовали появлению новых подходов к проблеме математического исчисления. Молодые ученые и инженеры, кропотливо рассчитывая свои ночные задачи, хотели дать отдых рукам и глазам. Руководителям проектов, особенно после Первой мировой войны, приходилось тратить все больше и больше денег на зарплаты бесчисленных компьютеров. Наконец, многие сложные научно-технические задачи было трудно вычислить вручную. Все эти факторы привели к созданию линейки компьютеров под руководством Ванневара Буша, инженера-электрика из Массачусетского технологического института (MIT).

Дифференциальный анализатор

До этого момента история всегда была безличной, а теперь поговорим подробнее о конкретных людях. Слава не обратила внимания на создателей панельного переключателя, реле E-типа и схемы реперных знаков. В них не сохранились даже биографические анекдоты. Единственное общедоступное свидетельство их жизни - это окаменелые останки созданных ими машин.

Теперь мы можем лучше понимать людей и их прошлое. Но мы больше не встретим тех, кто много работал дома на чердаках и в мастерских: Морса и Вайля, Белла и Ватсона. По окончании Первой мировой войны эпоха героических изобретателей практически закончилась. Томаса Эдисона можно рассматривать как переходную фигуру: в начале своей карьеры он был нанятым изобретателем, а в конце стал владельцем «фабрики изобретений». К тому времени разработка наиболее заметных новых технологий стала вотчиной организаций: университетов, корпоративных исследовательских подразделений, государственных лабораторий. Люди, о которых мы будем говорить в этом разделе, принадлежали к этим организациям.

Например Ванневар Буш. Он присоединился к Массачусетскому технологическому институту в 1919 году, когда ему было 29 лет. Чуть более 20 лет спустя он стал одним из тех, кто повлиял на участие США во Второй мировой войне и помог увеличить государственное финансирование, навсегда изменив отношения между правительством, наукой и развитием науки и технологий. В этой статье, однако, нас интересует ряд машин, разработанных в лаборатории Буша с середины 1920-х годов, которые предназначены для решения проблемы математических вычислений.

MIT, который недавно переехал из центра Бостона на набережную реки Чарльз в Кембридже, был тесно связан с потребностями отрасли. Сам Буш, кроме профессорской профессии, имел финансовые ставки в нескольких компаниях электронной промышленности. Неудивительно, что проблема, побудившая Буша и его учеников к работе над новым вычислительным устройством, пришла к энергетике: необходимо было смоделировать поведение линий электропередач при пиковой нагрузке. Конечно, это было лишь одно из многих возможных применений компьютерных машин: везде проводились скучные математические расчеты.

Буш и его коллеги сначала построили две машины, которые они назвали интеграторами продуктов. Но самой известной и успешной машиной MIT был другой - дифференциальный анализатор , построенный в 1931 году. Он решил проблемы передачи электричества, рассчитал электронные орбиты, траектории космических лучей в магнитном поле Земли и многое другое. Исследователи со всего мира, нуждающиеся в вычислительной мощности, создали десятки копий и вариантов дифференциального анализатора в 1930-е годы, некоторые - даже Meccano (английский эквивалент американского бренда Erector Set).

Дифференциальный анализатор - это аналоговый компьютер. Математические функции рассчитывали с помощью вращающихся металлических стержней, скорость вращения каждого из которых отражала некую количественную величину. Двигатель приводил в движение независимый шток, сменный (обычно время), который, в свою очередь, обращал другие штоки через механические соединения (различные дифференциальные переменные), и функция была рассчитана на основе входной скорости вращения. Результаты расчета были нарисованы на бумаге в виде кривых. Важнейшими компонентами были интеграторы: колеса включали диски. Интеграторы могли вычислить интеграл кривой без скучных ручных расчетов.

Ни один из компонентов анализатора не содержал дискретных переключающих реле или цифровых переключателей. Так почему мы говорим об этом устройстве? Ответ дает четвертый автомобиль семейства.

В начале 1930-х годов Буш начал путешествовать через Фонд Рокфеллера, чтобы собрать средства для дальнейшего развития анализатора. Уоррен Уивер, глава научного отдела фонда, поначалу не был убежден. Инженерное дело было вне его компетенции. Тем не менее, Буш рекламировал безграничный потенциал своей новой машины для научных приложений - особенно в математической биологии, любимой конструкции Уивера. Буш также пообещал многочисленные улучшения анализаторов, в том числе «возможность быстро переключать анализатор с одной проблемы на другую, например, с помощью телефонного переключателя». В 1936 году за его усилия был получен грант в размере 85 000 долларов на создание нового прибора, позже названного дифференциальным анализатором Рокфеллера.

В качестве практического калькулятора этот анализатор не был значительным прорывом. Буш, ставший вице-президентом Массачусетского технологического института и деканом инженерного факультета, не мог уделять много времени руководству разработкой. Фактически, он вскоре ушел с поста председателя Института Карнеги в Вашингтоне. Буш чувствовал приближение войны, и у него было несколько научных и промышленных идей, которые могли удовлетворить потребности военных. То есть он хотел быть ближе к центру власти, где мог более эффективно влиять на решение тех или иных вопросов.

В то же время технические проблемы, продиктованные новым проектом, были решены коллективом лаборатории и вскоре были перенаправлены на выполнение военных задач. Автомобиль Рокфеллера не был закончен до 1942 года. Военные сочли его полезным для производства линейных баллистических щитов для артиллерии. Но вскоре это устройство было омрачено чисто цифровыми компьютерами, которые представляли числа не как физические величины, а абстрактно, используя положения переключателей. Так получилось, что некоторые из этих переключателей, состоящих из релейных схем, использовались в том же анализаторе Рокфеллера.

Шеннон

В 1936 году Клоду Шеннону было всего 20 лет, но он уже окончил Мичиганский университет со степенью бакалавра по двум дисциплинам: электротехнике и математике. Его привезли в Массачусетский технологический институт с листовкой, прикрепленной к доске объявлений. Венивар Буш искал нового помощника для работы над дифференциальным анализатором. Шеннон, не колеблясь, подал заявку и быстро начал работать над новыми проблемами, и только тогда новое устройство начало обретать форму.

Шеннон совсем не похож на Буша. Он не был ни бизнесменом, ни строителем академической империи, ни администратором. Всю жизнь любил игры, головоломки и развлечения: шахматы, жонглирование, лабиринты, криптограммы. Как и многие люди его времени, Шеннон посвятил себя одному серьезному делу во время войны: он занимал должность в Bell Labs по государственному контракту, который защищал его хрупкое тело от военной службы. Его исследования в области управления огнем и криптографии в то время, в свою очередь, привели к появлению важных работ по теории информации (мы не будем касаться этого). В 1950-х годах, когда война и ее последствия утихли, Шеннон вернулся к преподаванию в Массачусетском технологическом институте и проводил свободное время, занимаясь: калькулятором, который полностью работал с римскими цифрами; автомобиль, оторванный от него механической рукой, отделил машину.

Структура машины Рокфеллера, с которой столкнулся Шеннон, логически была такой же, как и у анализатора 1931 года, но была построена из совершенно других физических компонентов. Буш понял, что стержни и шестерни в старых машинах снижали их производительность: машину нужно было настраивать для выполнения расчетов, что требовало много человеко-часов квалифицированных механиков.

Новый анализатор лишен этого недостатка. Его конструкция была основана не на барном столе, а на перекладине - дополнительном прототипе, подаренном Bell Labs. Вместо передачи энергии от центрального вала каждый интегрированный модуль не зависел от электродвигателя. Чтобы настроить машину для новой задачи, просто необходимо было настроить реле в матрице координат, чтобы соединить интеграторы в желаемом порядке. Считыватель перфоленты (заимствованный из другого телекоммуникационного устройства, «намоточного» телепринта) считывал конфигурацию машины, а схема реле преобразовывала сигнал ленты в матричные управляющие сигналы - это было похоже на сбор серии телефонных разговоров между интеграторами.

Новая машина была не только намного быстрее и проще в настройке, но и быстрее и точнее, чем ее предшественница. Это могло решить более сложные проблемы. Сегодня этот компьютер можно рассматривать как примитивный или даже экстравагантный, но тогда наблюдателям казалось, что это какой-то великий или, возможно, ужасный ум за работой:

По сути, это математический робот. Электрический автомат, предназначенный не только для того, чтобы избавить человеческий мозг от тяжелых вычислений и анализа, но и для участия и решения математических задач, которые невозможно решить в уме.

Шеннон сосредоточился на преобразовании данных с бумажной ленты в инструкции для «мозга», и за это отвечала схема реле. Он обратил внимание на соответствие между структурой цепочки и математическими структурами булевой алгебры, которую он изучал в старшем классе в Мичигане. Это алгебра, операнды которой были ИСТИНА и ЛОЖЬ, а также операторы И, ИЛИ, НЕ и т. Д. Алгебра, соответствующая логическим утверждениям.

Проведя лето 1937 года в Bell Labs на Манхэттене (идеальное место для размышлений о релейных схемах), Шеннон написала магистерскую диссертацию под названием «Символьный анализ релейных цепей и переключателей». Вместе с работой Алана Тьюринга годом ранее диссертация Шеннона легла в основу компьютерных наук.

Шеннон обнаружил, что система уравнений пропозициональной логики может быть напрямую механически преобразована в физическую схему релейных переключателей. Он пришел к выводу: «Практически любая операция, которая может быть описана конечным числом шагов с помощью слов ЕСЛИ, И, ИЛИ и т. Д., Может быть выполнена реле автоматически». Например, два управляемых переключающих реле, соединенных последовательно, образуют логическую I : ток будет течь через главный провод, только когда оба соленоида активированы, чтобы замкнуть переключатели. В то же время два реле, соединенных параллельно, образуют ИЛИ : ток течет в главной цепи, возбуждаемой одним из электромагнитов. Выход упомянутой логической схемы, в свою очередь, может управлять электромагнитами других реле для выполнения более сложных логических операций, таких как (A

Шеннон завершил свою диссертацию приложением, содержащим несколько примеров схем, созданных с использованием его метода. Поскольку операции булевой алгебры очень похожи на арифметические операции в двоичной системе (то есть с использованием двоичных чисел), он показал, как составить «электрический сумматор в двоичной системе» из реле - мы называем это двоичным сумматором. Спустя несколько месяцев один из ученых Bell Labs сделал такую гадюку на кухонном столе.

Стибиц

Джордж Стибиц, научный сотрудник математического факультета Bell Labs на Манхэттене, темной ночью в ноябре 1937 года принес домой странное оборудование. Сухие аккумуляторные элементы, две маленькие лампочки для аппаратных панелей и пара плоских U-образных реле, которые находятся в мусорном ведре. Добавив несколько проводов и немного мусора, он построил устройство, которое могло складывать два однобитовых двоичных числа (представленных наличием или отсутствием входного напряжения) и генерировать двузначное число с помощью лампочек: одна для включения, ноль для выкл.

Опытного физика Стибица попросили оценить физические свойства релейных магнитов. До этого у него не было опыта работы с реле, поэтому он изучил их использование в телефонных линиях Bell. Джордж вскоре заметил сходство между некоторыми схемами и арифметическими операциями над двоичными числами. Очарованный, он собрал свою боковую конструкцию на кухонном столе.

Поначалу отношения Стибица с реле не вызывали особого интереса со стороны руководства Bell Labs. В 1938 году руководитель исследовательской группы спросил Джорджа, можно ли использовать его калькуляторы для арифметики комплексных чисел (например, ab i , где i - квадратный корень из отрицательного числа). Оказалось, что некоторые ИТ-отделы Bell Labs уже жаловались на необходимость продолжать умножать и делить эти числа. Для умножения комплексного числа потребовалось четыре арифметических операции на настольном компьютере, операции в Разделе 16. Штибиц сказал, что может решить эту задачу, и разработал машинную схему для этих вычислений.

Окончательный проект, выполненный в металле инженером-телефонистом Сэмюэлем Уильямсом, назывался Комплексный Числовой Компьютер, или сокращенно Комплексный Компьютер, и был введен в эксплуатацию в 1940 году. Для расчетов использовалось 450 реле. Промежуточные результаты были сохранены в десяти переключателях XY. Данные были введены и получены с помощью бегущей строки. Три таких удаленных принтера были установлены в отделах Bell Labs, что указывало на большую потребность в вычислительной мощности. Реле, матрицы, телетайп - во всех смыслах продукт Bell System.

Красивая час Комплексного Компьютера наступила 11 сентября 1940. Стибица представил компьютерный документ на заседании Американского математического общества в Дартмутском колледже. Он согласился, что там, за 400 километров, будет установлен телепринтер с телеграфным ссылкой на Комплексный компьютер на Манхэттене. Желающие могли перейти к телетекста, набрать проблемные условия на клавиатуре и увидеть, как телетекст волшебным способом напечатал результат менее чем за минуту. Среди пробовал новинку, были Джон Мохли и Джон фон Нойман, каждый из которых сыграет важную роль в продолжении нашей истории.

Участники встречи увидели беглый взгляд на мир будущего. Позже компьютеры стали настолько дорогими, что администраторы больше не могли оставлять их без дела, пока пользователь чесал подбородок перед консолью управления, гадая, что же ввести дальше. В течение следующих 20 лет ученые будут интересоваться, как создать универсальные компьютеры, которые всегда будут ждать, пока вы введете данные, даже во время работы над чем-то другим. И затем потребуется еще 20 лет, прежде чем этот интерактивный метод расчета станет приемлемым.

Удивительно, что, несмотря на решаемые задачи, Complex Computer совершенно не является компьютером по современным меркам. Он мог рассчитывать на комплексные числа и, возможно, решить другие подобные проблемы, но не общие. Это не было программируемым. Он не мог выполнять случайные или повторяющиеся операции. Это был калькулятор, который мог делать определенные вычисления намного лучше, чем его предшественники.

С началом Второй мировой войны серия компьютеров под названием Model II, Model III и Model IV (Complex Computer, соответственно, получившая название Model I) была создана в Bell под руководством Стибица. Большинство из них были заказаны Национальным комитетом по оборонным исследованиям, возглавляемым не кем иным, как Ванневаром Бушем. Stibitz улучшил компоновку машины с точки зрения большей универсальности функций и возможности программирования.

Например, баллистический калькулятор (позже модель III) был разработан для зенитных систем управления огнем. Он поступил на вооружение в 1944 году в форте Блисс, штат Техас. Устройство содержало 1400 реле и мог выполнять математическую программу, определенную последовательность указаний на петельные бумажной ленте. Отдельно была направлена лента с входными данными, отдельно - табличные данные. Это позволило быстро находить значения, такие как тригонометрические функции, без реальных вычислений. Инженеры Белл разработали охотничьи схемы, которые сканируют ленту вперед / назад и ищут правильный адрес значения таблицы независимо от расчета. Стибица обнаружил, что его компьютер Model III, который активировал реле днем и ночью, заменил 25-40 компьютеров.

Модель V не успела поступить на военную службу. Он стал еще более универсальным и мощным. По количеству заменяемых калькуляторов она примерно в десять раз превосходила Model III. Различные вычислительные модули с 9000 реле могли получать входные данные с нескольких станций, где пользователи вводили условия для различных проблем. На каждой из этих станций был кассетный плеер для ввода данных и пять для инструкций. Это позволило вызывать разные подпрограммы при расчете задачи из основного бэнда. Главный модуль управления (в основном аналог операционной системы) распределял инструкции вычислительным модулям в зависимости от их доступности, и программы могли выполнять условные переходы. Это больше не был просто калькулятор.

Год чудес: 1937

1937 год можно считать переломным в истории вычислительной техники. В том году Шеннон и Стибица заметили сходство между цепями реле и математическими функциями. Эти открытия заставили Bell Labs создать ряд важных цифровых машин. Это было своеобразное оправдание - или даже замена - когда скромное телефонное реле, не меняя своей физической формы, стало олицетворением абстрактной математики и логики.

В том же году в январском номере журнала Proceedings of the London Mathematical Society была опубликована статья британского математика Алана Тьюринга «О вычислимых числах в приложении к проблеме Entscheidungsproblem». Он описал универсальную вычислительную машину: автор утверждал, что она может выполнять действия, которые логически эквивалентны действиям человеческих компьютеров. Тьюринг, который за год до этого поступил в аспирантуру Принстонского университета, тоже был очарован релейными схемами. И, как и Буш, его беспокоит растущая угроза войны с Германией. Поэтому он начал сторонний криптопроект - двоичный множитель, который можно было бы использовать для шифрования военных сообщений. Тьюринг построил его из бегунов, набранных из университетской мастерской.

В том же 1937 году Говард Эйкен (Howard Aiken) размышляет о так называемом автоматическом калькуляторе. Айкен, аспирант Гарварда-электрика, много занимался математикой, используя только механический калькулятор и книги, напечатанные с математическими таблицами. Он придумал дизайн, который избавит от этой рутины. В отличие от существующего ИТ-оборудования, оно должно было обрабатывать процессы автоматически и циклически, используя результаты предыдущих расчетов в качестве входных данных для следующих.

Тем временем в Nippon Electric Company инженер по телекоммуникациям Акира Накашима с 1935 года изучал взаимосвязь между релейными схемами и математикой. Наконец, в 1938 году он независимо доказал эквивалентность релейных схем булевой алгебре, которую Шеннон открыл годом ранее.

В Берлине Конрад Цузе, аэрокосмический инженер на пенсии, уставший от бесконечных вычислений для работы, искал деньги, чтобы построить второй компьютер. Поскольку он не мог надежно управлять своим первым механическим устройством, V1, он хотел построить релейный компьютер, который он разработал вместе со своим другом, инженером по телекоммуникациям Гельмутом Шрейером.

Универсальность высокой частоты, выводы о математической логике, стремление светлых умов избавиться от скучной работы - все это переплеталось и привело к мысли о логической машине нового типа.

Забытое поколение

Плоды открытий и разработок 1937 года должны были созреть на несколько лет. Война оказалась самым мощным удобрением, и с ее приходом релейные компьютеры стали появляться везде, где имелся необходимый технический опыт. Математическая логика превратилась в решётку лоз электротехники. Появились новые формы программируемых компьютеров - первый современный компьютерный проект.

Помимо машин Stibitz, в 1944 году в Соединенных Штатах имелся автоматический калькулятор, управляемый последовательностью Harvard Mark I / IBM (ASCC), что явилось результатом предложения Айкена. Двойное имя возникло из-за ухудшения отношений между академией и промышленностью: все заявили права на устройство. Mark I / ASCC использовал схемы релейного управления, но базовый арифметический модуль был построен на архитектуре механического вычислителя IBM. Машина создавалась для нужд Американского судостроительного бюро. Его преемник Марк II начал работу в 1948 году на военно-морском полигоне, и все его операции были основаны исключительно на реле - более 13 000 реле.

Во время войны Цузе построил несколько более сложных релейных компьютеров. Главным событием стала версия V4, которая, как и Bell Model V, включала в себя настройки вызова подпрограмм и условное ветвление. Из-за нехватки материалов в Японии ни один из проектов Накаши и его соотечественников не был воплощен в металле, пока страна не вышла из войны. В 1950-х годах недавно созданное министерство внешней торговли и промышленности профинансировало создание двух релейных машин, вторая из которых была монстром с 20 000 реле. Содействие Fujitsu разработала собственные коммерческие продукты.

Сегодня эти машины почти полностью забыты. В памяти осталось только одно имя: ENIAC. Причина забвения не в сложности, мастерстве или скорости. Логические и вычислительные свойства реле, обнаруженные учеными и исследователями, применимы к любому типу устройства, которое может действовать как переключатель. И оказалось, что есть еще одно подобное устройство: электронный переключатель, который может работать в сотни раз быстрее реле.

Важность Второй мировой войны в истории компьютеров уже должна быть очевидна. Худшая война послужила толчком для развития электронных машин. Его создание высвободило ресурсы, необходимые для преодоления очевидных недостатков электронных ключей. Область электромеханических компьютеров была недолгой. Как и титаны, они были сбиты своими детьми. Подобно реле, электронное переключение обусловлено потребностями телекоммуникационной отрасли. И чтобы узнать, откуда оно взялось, мы должны вернуться к нашей истории до начала эры радио.

Оригинальная статья на Хабре (2017)

Лучшие публикации на Хабре дня