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Forrester und sein Wirbelwind

Hintergrund zur Schaffung von Röhrencomputern - Wirbelwind ("Wirbelwind")


In den Jahren 1943-1944 entstand die Notwendigkeit, einen universellen Simulator zu entwickeln, der den Flug eines Flugzeugs in Echtzeit simulieren kann. Dies würde den Piloten die Möglichkeit bieten, ihre Fähigkeiten zu verbessern, und den Designern, die Auswirkungen von Änderungen der möglichen taktischen und technischen Eigenschaften neuer Modelle zu untersuchen. Bis zu diesem Zeitpunkt gab es solche Simulatoren (basierend auf analoger elektromechanischer Technologie), aber sie waren nicht universell, dh sie waren nur für ein bestimmtes Flugzeugdesign geeignet.



Das Erstellen eines universellen Simulators würde Design und Schulung sparen.

Das Massachusetts Institute of Technology ist zu einem der Zentren geworden, in denen die amerikanischen Luftverteidigungssysteme verbessert wurden. Ende 1944 begannen die Arbeiten an der Schaffung eines solchen Simulators am MIT, das Labor für Servomechanismen wurde zum Ausführenden des Projekts. Jay Forrester leitete das ASCA-Projekt, der Assistent war der Master of Electrical Engineering Robert Ryvers Everett.


Flugzeugsimulator

Gemeinsam mit einer Gruppe von Mitarbeitern arbeiteten sie sechs Monate lang an einem elektromechanischen analogen Simulator. Die elektronische Echtzeit-Analogtechnologie ergab eine geringe Genauigkeit der Berechnungen, war nicht in der Lage, Hunderte oder mehr Differentialgleichungen mit vielen Variablen gleichzeitig zu lösen, und entsprach daher nicht den Kundenanforderungen, und einfache Operationen erforderten viel Aufwand mit Lochkarten oder Lochbändern.


Jay Forrester
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Es war notwendig, nach einer neuen Lösung für das Problem zu suchen.

Perry O. Crawford, Forresters Kollege, "trug viel zur Geburt der digitalen BT-Maschine bei." ... er erzählte mir von der Mark I Harvard-Maschine und ENIAC, die sich noch in der Entwurfsphase befanden. Perry war eine sehr offene Person, ohne bürokratische Manieren und leicht zu kommunizieren Obwohl er selbst Zivilist war, inspirierte er sie mit der Idee, dass digitale Computer in Zukunft an Kommandoposten als Grundlage für Informations- und Managementsysteme eingesetzt werden sollten ... Wir schulden ihm in vielerlei Hinsicht viel s. "

Die Arbeiten an der Entwicklung der Maschine begannen, die den Namen "Wirbelwind" erhielt, um ihre Geschwindigkeit zu betonen. Die Mitarbeiter begannen mit der Entwicklung eines Entwurfs einer Version der digitalen Maschine (der Kunde wurde über eine solche Wendung nicht informiert). Forrester und Everett machten sich mit der Struktur von Mark I und ENIAC vertraut, berieten sich mit ihren Entwicklern, studierten die „Erste Version des EDVAC-Berichts“ (Neumann) und begannen, das Auto von Grund auf neu zu formen.

1945 wandte sich Forrester an Führungskräfte der SDD. Er schlug vor, dass sie einen Simulator nicht auf groben analogen Computergeräten, sondern auf der Basis eines digitalen Computers erstellen. Es sollte komplexe Arbeit geleistet werden, um einen Computer zu schaffen, der in Echtzeit arbeiten konnte.

Es war notwendig, die Geschwindigkeit auf 20 bis 50.000 Vorgänge pro Sekunde zu erhöhen, einen zuverlässigen internen Speicher mit hoher Kapazität zu verwenden, Software zur Verarbeitung des eingehenden Datenstroms zu erstellen und die Zuverlässigkeit der Maschine zu erhöhen. Die Hauptschwierigkeit bestand darin, dass Personen, die keine Erfahrung in der Arbeit mit digitalen Computern hatten, sich mit diesem Problem befassen sollten.

Die Arbeiten zur Schaffung eines internen Speichers, der die Anforderungen des Projekts erfüllen würde, begannen, und dafür war es notwendig, die Zuverlässigkeit von Röhrendiskreten Schaltkreisen zu erhöhen. Der Hauptspeicher des EDVAC-Computers, der aus 32 Quecksilber-Ultraschall-Verzögerungsleitungen (RULZ) bestand, war aufgrund der Langsamkeit nicht für das neue Projekt geeignet. Forrester versuchte, gasgefüllte Lampen ("neonki") und Xenon-Blitzlampen (Xenon-Blitzlampe) zu verwenden, um eine Kategorie zu speichern. Anfang 1947 begannen englische Wissenschaftler, eine Standard-Kathodenstrahlröhre (CRT) zu verwenden, um einen internen Speicher zu erstellen. Dadurch war es möglich, eine Binärziffer auf dem Bildschirm zu speichern und daraus zu lesen. Vier Jahre lang arbeiteten MIT-Mitarbeiter an der Gestaltung der Röhre, der Durchmesser und die Gleichmäßigkeit des Flecks auf dem Röhrensieb wurden stabilisiert, der Fokus wurde verbessert,Zur periodischen Regeneration der elektrostatischen Ladung wurde eine zusätzliche Elektronenstrahlkanone verwendet.




Es wurde daran gearbeitet, die Zuverlässigkeit der Lampenschaltungen zu erhöhen. Bis zu diesem Zeitpunkt wurden (wie Sie wissen) Tausende von Lampen in Lampenmaschinen verwendet, aber die „Lebensdauer“ einer solchen Lampe betrug 500 Stunden, und dies würde alle paar Minuten zu einer Fehlfunktion der Maschine führen. Die Lebensdauer der Lampe wurde erhöht. 1947 wurde ein Multiplikator entwickelt, der 4 Hundert Lampen enthielt, um zwei 5-Bit-Binärzahlen zu multiplizieren. Everett schrieb: "... das Gerät hat viele Tage ununterbrochen gearbeitet, und wir haben jedes Ergebnis mit der richtigen Antwort überprüft. Natürlich ist es fehlgeschlagen, aber wir haben festgestellt, dass sie in den meisten Fällen um 3 Uhr nachmittags auftraten. Es stellte sich heraus, dass zu diesem Zeitpunkt der Reiniger Im nächsten Eingang des Gebäudes befand sich ein Lastenaufzug, und das lokale Stromnetz wurde zusätzlich belastet, was zu Fehlfunktionen führte.Es wurde beschlossen, ein separates Motor-Generator-System zur Stromversorgung der Maschine zu verwenden, dessen Trägheit Schutz vor Spannungsspitzen bietet, die beim Anschluss zusätzlicher Geräte auftreten ... "



Später trat ein anderes Problem auf, das eine Lösung erforderte. Der Sponsor hat sich geändert (OSRD und SDD existieren nicht mehr und sie haben dieses Projekt finanziert), die Kosten des Projekts für die Entwicklung eines solchen Computers sind ständig gestiegen. Es war geplant, in zwei Jahren einen Wirbelwind mit einem Budget von 875.000 USD zu schaffen, aber die Projektkosten stiegen auf 3 Mio. USD (was 65% des Gesamtbudgets der mathematischen Abteilung entsprach). Um diese Kosten zu rechtfertigen, erstellte Forrester einen Bericht für das Pentagon, in dem dargelegt wurde, wo ein solcher Host-Computer verwendet werden könnte. Anstatt 1,5 Millionen Dollar pro Jahr für das Projekt zu verlangen, wurden Forrester und seinem Projekt nur 250.000 Dollar zugewiesen. Das Projekt wurde von einem neuen Sponsor gerettet - der US Air Force (es geschah 1949, als die Amerikaner erfuhren, dass eine Atombombe in der UdSSR getestet wurde).Das Projekt zur Schaffung eines Computers "Whirlwind" wurde vom Pentagon genehmigt und der erforderliche Betrag für dessen Fertigstellung bereitgestellt. Im März 1951 wurde die Maschine vollständig zusammengebaut, getestet und das erste große Programm fertiggestellt, das John Gilmore im April desselben Jahres in Assembler geschrieben hatte. Forrester leitete das am MIT eingerichtete Labor für Digital Computing.

Computer "Wirbelwind"




Die Entwicklung, basierend auf der klassischen Princeton-Architektur, dauerte fast 5 Millionen US-Dollar, aber ein gemeinsamer Bus wurde verwendet, um Informationen zwischen den Maschinenblöcken auszutauschen. Die Diodenmatrix wurde verwendet, um die Abfolge von Operationen im Computer zu steuern, die Signale vom Taktgenerator wurden bestimmten Eingängen der Matrix zugeführt, und gleichzeitig öffneten ihre Ausgangssignale die Schlüssel, mit deren Hilfe der Code des gewünschten Befehls ausgewählt wurde, der in das entsprechende Register des Steuergeräts einging. Die Länge des Maschinenworts war auf 16 Bit begrenzt, dies beinhaltete das Vorzeichen einer Festkommazahl, Unterprogramme zum Arbeiten mit Gleitkommazahlen und ein Wort doppelter Länge.

Die Maschine beherbergte 5.000 Lampen (hauptsächlich Pentoden), 11.000 Kristalldioden, verbrauchte 150 kW Energie, das Gewicht eines solchen Computers betrug 10 Tonnen und seine Fläche betrug fast 950 Quadratmeter. Der

Wirbelwind war ein Unicast-Synchronbetrieb mit einer Taktfrequenz von 1 MHz, eine Maschine mit internem Speicher, die 32 modifizierte Williams-Röhren mit einer Kapazität von 1K-Wörtern enthielt. Eine Gruppe von 32-Bit-Registern, die auf mechanischen Schlüsseln und 5 elektronischen Registern aufgebaut waren, diente zum Testen des Speichers.

Das Lochband und der Leser wurden verwendet, um Daten und Programme in Computer einzugeben. Als Anzeige diente eine CRT mit einem Durchmesser von 40 cm. Die Daten wurden auf einem von einem Beuger perforierten Band in die Maschine eingegeben. Die Ergebnisse wurden auf dem Bildschirm einer CRT oder auf demselben Flexor angezeigt.
Die Kathodenstrahlröhre ähnelte einem Fernseher, einer großen Elektronenvakuumröhre, bei der ein Elektronenstrahl, der auf die phosphorbeschichtete Innenfläche des Bildschirms fiel, sein Leuchten verursachte. Die Geschwindigkeit der Maschine betrug 20.000 Operationen pro Sekunde, die Additionsoperation wurde in 49 & mgr; s und die Multiplikation in 61 & mgr; s durchgeführt.

Der Vikhr-Computer wurde modernisiert und die Anzahl der Lampen auf 12,5 Tausend und Dioden erhöht - bis zu 23,8 Tausend war die Maschine in einem der MIT-Gebäude mit zwei Stockwerken belegt. Auf einem befanden sich Magnetbandlaufwerke und Kommunikationsgeräte mit Objekten. Ein Teil der Maschine, der interne Speicher und das Bedienfeld befinden sich auf einem anderen, im Keller befand sich ein Aggregat (Leistung 150 kW), eine Klimaanlage wurde auf dem Dach des Gebäudes montiert.

Die Wartung eines Computerspeichers kostete 32.000 US-Dollar pro Monat (eine Röhre kostete etwa 1.000 US-Dollar), daher suchte Forrester nach einem CRT-Ersatz. 1951 wurde die erste Speicherprobe auf Ferritkernen erstellt, die zwei Jahre später den Speicher durch eine CRT ersetzte. Die Computerleistung verdoppelte sich, die Additionsoperation dauerte 8 μs, die Multiplikation -25,5 μs, die Division - 57 μs.


Speicher auf Ferritkernen

Fünf Magnetbandlaufwerke (mit einer Kapazität von jeweils 125.000 Wörtern und einer Lesegeschwindigkeit von 390 Wörtern pro Sekunde) und zwei Magnettrommellaufwerke (mit einer Kapazität von 2048 Wörtern und einer Drehzahl von 60 U / min, die jetzt als externe Speichergeräte dienen) Lesungen - 31 Tausend Wörter pro Sekunde).

Charactron-Röhren (wie Displays) wurden verwendet, um Buchstaben, Zahlen, topografische Zeichen und andere Zeichen auf einem fluoreszierenden Bildschirm abzuspielen. Eine undurchsichtige Platte mit einer Reihe von Mikrolöchern in Form von abgebildeten Symbolen diente als Schablone, mit der die Symbole auf dem Bildschirm gebildet wurden. Die Maschinensoftware ermöglichte es dem Computer, mehrere Probleme gleichzeitig zu lösen und im Time-Sharing-Modus zu arbeiten.

DMA-Methode (Direct Memory Access) : Die Eingabedaten wurden alle 15 Sekunden aktualisiert und auf einer separaten Spur eines der Magnettrommelantriebe aufgezeichnet. Danach wurde die Einheit in den internen Speicher übertragen (der Berechnungsprozess war kontinuierlich).

Der Wirbelwind wurde zum Prototyp einer Reihe von Computern, die es ermöglichten, ein leistungsstarkes US-Luftverteidigungssystem „SAGE“ zu schaffen, ein halbautomatisches System, das gleichzeitig Daten aus 23 regionalen Zentren in den USA und Kanada verarbeiten und gleichzeitig ein gigantisches Netzwerk von Radargeräten und anderen Detektoren bedienen kann.



Es sah so aus: Der Bediener in jedem Bezirkszentrum gab Daten über die Tastatur ein und betrachtete die runden Bildschirme, auf denen die Wetterbedingungen angezeigt wurden, die Flugbahn des Flugzeugs und die für den Betrieb des Luftverteidigungssystems erforderlichen Informationen. SAGE-E / A-Geräte unterstützten durchgehende Telefonleitungen zwischen benachbarten Zentren über Telefonleitungen. Etwa 8-12 Milliarden Dollar wurden für die Schaffung von SAGE ausgegeben.


Arbeitsplatz des Betreibers des ersten nationalen US-Luftverteidigungssystems - SAGE

Die Arbeit am Whirlwind-Projekt gab seinen Entwicklern und Entwicklern wertvolle Erfahrungen. Viele von ihnen nahmen führende Positionen in vielen bekannten Unternehmen ein: Kenneth Olsen gründete 1957 die Digital Equipment (DEC) Corporation - er war in der Produktion von Minicomputern tätig.

Forrester selbst blieb bis 1956 Abteilungsleiter, widmete sich später der Erforschung der Produktionsdynamik sowie der sozialen und wirtschaftlichen Prozesse der Welt und wurde Begründer einer neuen Disziplin - der Systemdynamik. Everett und Forrester wurden mit der National Medal of Excellence in Engineering ausgezeichnet, der höchsten staatlichen Auszeichnung für Ingenieure in den USA.

Source: https://habr.com/ru/post/de390685/

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