История автоматических вычислителей: вычислители на реле - часть 1

Лекция курса "Языки и методы программирования"
История автоматических вычислителей: вычислители на реле - часть 1 (история реле)
- Изобретение реле в XIX веке
- Телеграф, усилитель проводного сигнала
- Телефон: ручная коммутация соединений
- Телефон: автоматическая коммутация соединений, автоматические телефонные станции, расцвет реле

16 февраля 2023 (ранние версии: весна 2022)

Transcript

1. История вычислительных устройств: компьютеры на реле (часть-1: история реле)
2. Материалы
3. • История реле, Крис Макдоналд, февраль 2022 dmkpress.com/catalog/ computer/hardware/97 8-5-97060-993-4/
4. • Computing before computers, под редакцией William Aspray, 1990 (глава «Relay Calculators», Paul E. Ceruzzi) libgen.lc/edition.php? id=138559933
5. • От абака до компьютера, Р. С. Гутер Ю. Л. Полунов, 1981 (ссылки на текст ищутся в поисковике)
6. • LibGen, • Archive.org, • Википедия, • интернет
7. Изобретение реле, возвращаемся в XIX век
8. • Реле — электромеханическое устройство: • переключатель, который позволяет управлять другим переключателем
9. Изобретение реле • Реле изобрели несколько раз независимо друг от друга разные изобретатели в 1830-х годах • Два основных сценария: - электрический переключатель, который управляет другим электрическим устройством (в т.ч. другим реле) - усилитель, который превращает слабый сигнал в сильный • Один из изобретателей — Джозеф Генри
10. Джозеф Генри • Американский ученый, преподаватель • В 1837-м году заехал в Лондон и навестил Чарльза Бэббиджа • Прослушал рассказ Бэббиджа про его разностную машину и проект аналитической машины • Зафиксировал встречу и рассказ Бэббиджа в дневнике (коротко описал устройство аналитической машины) • Но история их общения на этом закончится, а дальнейшие труды Джозефа Генри не связан с механическими вычислителями
11. Эксперимент Джозефа Генри • ~1835 год • Управлять большим весом слабым усилием • Сильный электрический магнит держит большой груз • Слабый электрический магнит, управляемый человеком, размыкает участок электрической цепи, питающей сильный магнит • Сильный магнит отпускает большой груз • Груз падает • Итого: слабое усилие, управляющее слабым магнитом, контролирует большую силу
19. Телеграф
27. • Отсюда происхождение названия «реле» (англ.: relay) • Relay — перекладные лошади на почтовых станциях • (Внутри приёмника тоже реле, но это не принципиально сейчас)
28. Сэмюэл Морзе (1791-1872) • Не изобретал телеграф (над этим принципом трудились многие) • Но проявил известное упорство в этом направлении и достиг того, что его версия устройства была широко внедрена в США • Решил проблему передачи сигнала на большие расстояния (с использованием релейного усилителя) • Знал или не знал об эксперименте Генри не знаем, • Но совершенно точно, он первый внедрил этот подход коммерчески
29. Сценарии применения реле • Управление большой силой через малую силу (усилитель слабого сигнала) • Одно реле включает второе реле — логические цепочки
30. Усилитель сигнала: телеграф • Усилитель слабого сигнала • Телеграфные станции • В области телеграфной связи в Северной Америке доминировала компания Western Union
31. Телефон
32. Телефон • При развитой телеграфной связи • Некоторые исследователи начали экспериментировать с передачей по электрическим проводам на расстояние не только текста, но и звука • В этом направлении двигалось некоторое количество людей • Не все эксперименты были удачными, не все удачные эксперименты были доведены до конца
37. Действующие лица • Томас Эдисон • Александр Грейам Белл (1847 - 1922) • Гардинер Грин Хаббард (инвестор Белла, хотел подорвать монополию Western Union) • Western Union, AT&T • И т. п.
40. Действующие лица • Долго или коротко, появилась компания Bell • И она стала монополистом предоставления телефонной связи и одним из двигателей технологического прогресса в этой области (но не единственным), потеснив телеграф • Изобретения, передел рынков, патентные войны и т. п. • (прочитайте в «Истории реле»)
41. Ручная vs автоматическая коммутация • На первых порах по телефону можно было соединиться с некоторым ограниченным количеством агентов • Например, можно было заказать такси, или заказать лекарство в аптеке • Со временем появился спрос на персональные домашние телефоны (богатые абоненты) • Появилась потребность каким-то образом связать вызывающего абонента и того, кому он звонит • Связать — буквально, соединить провода их аппаратов в одну замкнутую электрическую цепь
42. • На первых порах не было уверенности, в каком направлении пойдет телефонная связь • При развитой телеграфной связи казалось, что общение голосом — излишнее баловство • Были эксперименты: соединение множество абонентов в единую конференцию (конференц-звонок, «инновационный» «клабхаус» не забыли еще?) • Но в конечном итоге остановились на сценарии абонент-абонент как основном
43. Соединение 2-х абонентов
49. • На первых порах операторами, принимавшими запрос на соединение абонентов, брали молодых юношей • Но они по большей части с обращающимся с запросом абонентами были довольно грубы • И менеджерам было тяжело с ними справляться • Поэтому довольно быстро на местах операторов молодых людей заменили вежливые девушки
52. • Коммутация в ручном режиме на первых порах была довольно проста • Нужно было переткнуть штекер в отверстие с номером нужного абонента (на одном из этапов был изобретен штекер «джэк-нож», сократилось до «джэк») • Таким образом вызывающий и вызываемый абоненты соединялись в единую электрическую цепь
55. • Производительность труда операторов повышалась эволюционно — была направлена на уменьшение времени обработки каждого запроса • Реле здесь использовались повсеместно для решения множества мелких и масштабных задач (как типовой строительный блок) • Например: на одном конце провода кто-то снял трубку, замкнув цепь — на стороне коммутатора срабатывало реле и у оператора загоралась лампочка
62. • С ростом количества абонентов (тысячи, десятки тысяч) сложность коммутационного центра увеличивалась кратно • Даже ручная коммутация абонентов подразумевала сложную логику последующего соединения нужных участков цепи
71. Cable Girls 2017-2020 (5 сезонов) • en.wikipedia.org/wiki/Cable_Girls • In 1928 a modern telecommunications company begins to operate in Madrid. The series tells of how the lives of four young women change after they start working for this company, which offers them decent pay and some independence
73. • Но и труд самих операторов стремились заменить • Для этого нужен был способ дать возможность вызывающему абоненту самостоятельно подключиться к вызываемому абоненту, • т. е. замкнуть между друг другом в контур нужную электрическую цепь, которая тянется через тысячи и десятки тысяч километров • Это стало возможным с внедрением абонентских номеров телефона и дисковых наборщиков номера
76. Фронтэнд Бэкэнд
77. • Todo: картинка — принцип работы дискового наборщика номера
78. • Ручная коммутация исчезла далеко не сразу • Даже после изобретения автоматических коммутаторов Белл (на тот момент — монополист) не спешила у себя их внедрять • (в т.ч. потому, что Белл не хотела платить за чужие патенты)
79. Телефон и расцвет реле • Расцвет реле — сложнейшие коммутационные станции • Телефонная станция — исполинский логический автомат специализированного назначения (в современном мире: ASIC — application specific integrated cirtuit) • Смысл происходящего всё тот же: соединить двух абонентов в замкнутую электрическую цепь • Но можете представить себе количество возможных сценариев соединений, если абонентов миллионы, они расположены в разных городах и т. п.
80. Телефон и расцвет реле • Алгоритмы соединений были заложены в логике работы коммутационных станций, в основе которых использовались реле • Например: номер абонента мог сохраняться в промежуточном регистре в момент вызова той частью автомата которая отвечает за обработку входящих запросов. Для последующей обработки другой частью автомата, которая отвечает за установку соединения
88. Кстати • 3 августа 1929 года в Ростове-на-Дону начала работать первая в СССР автоматическая телефонная станция на 6 000 номеров, • построенная при содействии шведской фирмы «Эрикссон». • Основным аргументом в пользу машинных станций «Л. М. Эриксон» стала готовность компании не только поставить несколько АТС, но и предоставить заводу «Красная заря» техническую документацию для производства АТС, а также обучить советских специалистов на своих заводах.
89. Итого на начало XX века • Переключатель реле — дешевый, массовый, доступный компонент, типовой строительный блок инженерных автоматических систем • Телеграф (простые усилители — логики почти нет) • Телефонные станции — исполинские логические автоматы • Табуляционные машины Германа Холлерита - логико- арифметические автоматы • и передача фоток по телеграфу - для иллюстрации
90. Часть-2: Булева логика и реле (булева логика на реле)