Geekly articles weekly

Forrester et son tourbillon

Contexte de la création d'ordinateurs à tubes - Whirlwind ("Whirlwind")


En 1943-1944, un besoin s'est fait sentir pour le développement d'un simulateur universel capable de simuler le vol d'un avion en temps réel. Cela permettrait aux pilotes d'améliorer leurs compétences et aux concepteurs d'étudier l'impact des changements dans les caractéristiques tactiques et techniques possibles des nouveaux modèles. Jusque-là, il existait de tels simulateurs (basés sur la technologie électromécanique analogique), mais ils n'étaient pas universels, c'est-à-dire qu'ils ne convenaient qu'à une conception d'aéronef spécifique.



La création d'un simulateur universel permettrait d'économiser sur la conception et la formation.

Le Massachusetts Institute of Technology est devenu l'un des centres où les systèmes de défense aérienne américains ont été améliorés. Fin 1944, les travaux commencent sur la création d'un tel simulateur au MIT; le laboratoire des servomécanismes devient l'exécuteur du projet. Jay Forrester a dirigé le projet ASCA, l'assistant était le maître en génie électrique Robert Ryvers Everett.


simulateur d'avion

Avec un groupe d'employés, ils ont travaillé pendant six mois pour créer un simulateur électromécanique analogique. La technologie analogique électronique en temps réel a donné une faible précision des calculs, n'a pas été en mesure de résoudre simultanément des centaines ou plus d'équations différentielles avec de nombreuses variables et, par conséquent, ne correspondait pas aux spécifications du client, et les opérations simples nécessitaient de longues histoires avec des cartes perforées ou des bandes perforées.


Jay Forrester
14 1918 , . (), . 1910 . . 1 2 , , .
, , , «» . , , . -, .


—

, .

, MIT. .

1940 - MIT. . «».


Il fallait chercher une nouvelle solution au problème.

La naissance de la machine numérique BT a été largement facilitée par Perry O. Crawford, le collègue de Forrester "... il m'a parlé de la machine Mark I Harvard et d'ENIAC, qui était encore au stade de la conception. Perry était une personne très ouverte, dépourvue d'habitudes bureaucratiques et facile à discuter avec les commandants de la marine, bien que lui-même fût un civil, il leur a inspiré l'idée que les ordinateurs numériques devraient à l'avenir être utilisés aux postes de commandement comme base des systèmes d'information et de gestion ... Nous lui devons beaucoup à la naissance de notre machine s ".

Les travaux ont commencé sur la création de la machine, qui a reçu le nom de "Whirlwind" pour souligner sa vitesse. Les employés ont commencé à développer une version provisoire de la machine numérique (le client n'a pas été informé d'une telle tournure des événements). Forrester et Everett se sont familiarisés avec la structure de Mark I et d'ENIAC, ont consulté leurs développeurs, ont étudié la «première version du rapport EDVAC» (Neumann) et ont commencé à sculpter la voiture à partir de zéro.

En 1945, Forrester s'est tourné vers les dirigeants du SDD. Il a suggéré de créer un simulateur non pas sur des appareils informatiques analogiques grossiers, mais sur la base d'un ordinateur numérique. Un travail complexe devait être fait pour créer un ordinateur capable de fonctionner en temps réel.

Il était nécessaire d'augmenter sa vitesse à 20-50 mille opérations par seconde, d'utiliser une mémoire interne fiable de haute capacité, de créer un logiciel pour traiter le flux de données entrant et d'augmenter la fiabilité de la machine. La principale difficulté était que les personnes qui n'avaient pas d'expérience dans le travail avec des ordinateurs numériques auraient dû résoudre ce problème.

Les travaux ont commencé sur la création d'une mémoire interne qui satisferait aux exigences du projet, et pour cela il était nécessaire d'augmenter la fiabilité des circuits discrets à tubes. La mémoire principale de l'ordinateur EDVAC, qui se composait de 32 lignes à retard à ultrasons au mercure (RULZ), n'était pas adaptée au nouveau projet en raison de la lenteur. Forrester a essayé d'utiliser des lampes à gaz («neonki») et des lampes flash au xénon (lampe flash au xénon) pour stocker une catégorie. Au début de 1947, les scientifiques anglais ont commencé à utiliser un tube à rayons cathodiques (CRT) standard pour créer une mémoire interne, ce qui a permis de stocker un chiffre binaire sur son écran et de le lire. Pendant quatre ans, les employés du MIT ont travaillé sur la conception du tube, le diamètre et l'uniformité du point sur l'écran du tube ont été stabilisés, la mise au point a été améliorée,Pour la régénération périodique de la charge électrostatique, un canon à faisceau d'électrons supplémentaire a été utilisé.




Des travaux étaient en cours pour accroître la fiabilité des circuits des lampes. Jusqu'à cette époque (comme vous le savez), des milliers de lampes étaient utilisées dans les machines à lampes, mais la «durée de vie» d'une telle lampe était de 500 heures, ce qui entraînerait un dysfonctionnement de la machine toutes les deux minutes. La durée de vie de la lampe a été augmentée. En 1947, un multiplicateur a été développé, qui contenait 4 centaines de lampes, pour multiplier deux nombres binaires à 5 bits. Everett a écrit "... l'appareil a fonctionné en continu pendant plusieurs jours, et nous avons vérifié chaque résultat avec la bonne réponse. Bien sûr, il a échoué, mais nous avons remarqué que dans la plupart des cas, ils se sont produits à 3 heures de l'après-midi. Il s'est avéré qu'à cette époque, le nettoyeur à l'entrée suivante du bâtiment, il comprenait un monte-charge et il y avait une charge supplémentaire sur le réseau électrique local, ce qui a entraîné des dysfonctionnements.Il a été décidé d'utiliser un système moteur-générateur séparé pour alimenter la machine, dont l'inertie assurait une protection contre les pointes de tension qui se produisent lors de la connexion d'équipements supplémentaires ... "



Plus tard, un autre problème a surgi qui nécessitait une solution. Le sponsor a changé (OSRD et SDD ont cessé d'exister, et ils ont financé ce projet), le coût du projet de développement d'un tel ordinateur augmentait constamment. Il était prévu de créer un tourbillon dans deux ans, avec un budget de 875 000 $, mais le coût du projet est passé à 3 millions de dollars (ce qui représente 65% du budget total du département de mathématiques). Pour justifier ces dépenses, Forrester a préparé un rapport pour le Pentagone, qui décrivait où un tel ordinateur hôte pouvait être utilisé. Mais néanmoins, au lieu des 1,5 million de dollars demandés par an pour le projet, Forrester et son projet n'ont reçu que 250 000 dollars. Le projet a été sauvé par un nouveau sponsor - l'US Air Force (c'est arrivé en 1949 lorsque les Américains ont appris qu'une bombe atomique avait été testée en URSS).Le projet de création d'un ordinateur "Whirlwind" a été approuvé par le Pentagone et le montant nécessaire a été alloué pour son achèvement. En mars 1951, la machine a été complètement assemblée, déboguée et terminée le premier grand programme écrit en assembleur par John Gilmore, en avril de la même année, elle a été mise en service, et Forrester a dirigé le laboratoire créé d'informatique numérique au MIT.

Ordinateur "Whirlwind"




Il a fallu près de 5 millions de dollars pour le développement, basé sur l'architecture classique de Princeton, mais un bus commun a été utilisé pour échanger des informations entre les blocs de la machine. La matrice de diodes a été utilisée pour contrôler la séquence des opérations dans l'ordinateur, les signaux du générateur d'horloge ont été fournis à certaines entrées de la matrice, et en même temps ses signaux de sortie ont ouvert les touches, à l'aide desquelles le code de la commande souhaitée a été sélectionné, qui est entré dans le registre correspondant du dispositif de contrôle. La longueur du mot machine était limitée à 16 bits, ce qui comprenait le signe d'un nombre à virgule fixe, des sous-routines pour travailler avec des nombres à virgule flottante et un mot à double longueur.

La machine abritait 5 000 lampes (principalement des pentodes), 11 000 diodes cristallines, elle consommait 150 kW d'énergie, le poids d'un tel ordinateur était de 10 tonnes et sa superficie était de près de 950 mètres carrés. Le

tourbillon était une opération synchrone unicast avec une fréquence d'horloge de 1 MHz, une machine à mémoire interne, qui contenait 32 tubes Williams modifiés d'une capacité de 1K mots. Un groupe de registres 32 bits reposant sur des clés mécaniques et 5 registres électroniques a servi à tester la mémoire.

La bande perforée et le lecteur ont été utilisés pour entrer des données et des programmes dans des ordinateurs. Un CRT de 40 cm de diamètre servait de présentoir. Les données ont été entrées dans la machine sur une bande perforée par un fléchisseur. Et les résultats ont été affichés sur l'écran d'un tube cathodique ou affichés sur le même fléchisseur.
Le tube à rayons cathodiques était semblable à un téléviseur, un grand tube à vide électronique, dans lequel un faisceau d'électrons, tombant sur la surface intérieure recouverte de phosphore de l'écran, provoquait son éclat. La vitesse de la machine était de 20 000 opérations par seconde, l'opération d'addition a été effectuée en 49 μs et la multiplication en 61 μs.

L'ordinateur Vikhr a été modernisé et le nombre de lampes a augmenté à 12,5 mille, et les diodes - jusqu'à 23,8 mille, la machine était occupée par deux étages dans l'un des bâtiments du MIT. Sur l'un d'eux se trouvaient des lecteurs de bande magnétique et des dispositifs de communication avec des objets. Une partie de la machine, la mémoire interne et le panneau de commande sont situés sur un autre, au sous-sol il y avait une unité d'alimentation (puissance 150 kW), un climatiseur a été monté sur le toit du bâtiment.

La maintenance d'une mémoire d'ordinateur coûte 32 000 $ par mois (un tube coûte environ 1 000 $), donc Forrester recherchait un remplacement de tube cathodique. En 1951, le premier échantillon de mémoire a été créé sur des noyaux de ferrite qui, deux ans plus tard, ont remplacé la mémoire par un tube cathodique. Les performances de l'ordinateur ont doublé, l'opération d'addition a pris 8 μs., Multiplication -25,5 μs., Division - 57 μs.


mémoire sur noyaux de ferrite

Cinq lecteurs de bande magnétique (d'une capacité de 125 000 mots chacun et une vitesse de lecture de 390 mots par seconde) et deux lecteurs de tambour magnétique (d'une capacité de 2048 mots et d'une vitesse de rotation de 60 tr / s, désormais utilisés comme périphériques de stockage externes) lectures - 31 mille mots par seconde).

Des tubes Charactron (comme des écrans) ont été utilisés pour lire des lettres, des chiffres, des signes topographiques et d'autres caractères sur un écran fluorescent. Une plaque opaque avec un ensemble de micro-trous sous la forme de symboles représentés servait de pochoir avec lequel les symboles étaient formés à l'écran. Le logiciel de la machine a permis à l'ordinateur de résoudre plusieurs problèmes simultanément, en travaillant en mode temps partagé.

Méthode d'accès direct à la mémoire (DMA) : les données d'entrée ont été mises à jour toutes les 15 secondes et enregistrées sur une piste distincte de l'un des lecteurs de tambour magnétique, après quoi l'unité a été transférée dans la mémoire interne (le processus de calcul était continu).

Le tourbillon est devenu le prototype d'un certain nombre d'ordinateurs qui ont permis de créer un puissant système de défense aérienne américain "SAGE", un système semi-automatique qui peut simultanément traiter des données provenant de 23 centres régionaux aux États-Unis et au Canada, tout en servant un gigantesque réseau de radars et autres détecteurs.



Cela ressemblait à ceci: l'opérateur de chaque centre de district a entré des données sur le clavier, en regardant les écrans ronds où les conditions météorologiques étaient affichées, la trajectoire de l'avion, les informations nécessaires au fonctionnement du système de défense aérienne. Les périphériques d'E / S SAGE prenaient en charge les communications téléphoniques continues entre les centres voisins via des lignes téléphoniques. Environ 8 à 12 milliards de dollars ont été dépensés pour créer SAGE.


lieu de travail de l'exploitant du premier système national américain de défense aérienne - SAGE

Les travaux sur le projet Whirlwind ont donné une expérience inestimable à ses créateurs et développeurs. Beaucoup d'entre eux ont occupé des postes de direction dans de nombreuses entreprises bien connues: Kenneth Olsen a fondé la société Digital Equipment (DEC) en 1957 - il était engagé dans la production de mini-ordinateurs.

Forrester lui-même est resté le chef du département jusqu'en 1956, s'est ensuite consacré à la recherche sur la dynamique de la production, ainsi que sur les processus sociaux et économiques mondiaux, et est devenu le fondateur d'une nouvelle discipline - la dynamique des systèmes. Everett et Forrester ont reçu la médaille nationale d'excellence en ingénierie, la plus haute distinction gouvernementale pour les ingénieurs aux États-Unis.

Source: https://habr.com/ru/post/fr390685/

More articles:


All Articles