| Vârtej de vânt | |
|---|---|
| Tip de | computer de apărare aeriană |
| Fișiere media la Wikimedia Commons | |
Whirlwind I este un computer de prima generație proiectat și construit la Laboratorul Servo al Institutului de Tehnologie din Massachusetts .
| Opțiuni | Cu memorie electrostatică
(din martie 1951) |
cu memorie de ferită
(din octombrie 1953) |
|---|---|---|
| Adâncimea de biți a datelor | 16 cifre | |
| Adâncimea de biți de comandă | 16 cifre | |
| Reprezentarea numerelor | virgulă fixă cu semn binar | |
| memoria principala | ||
| Marimea | 256 de cuvinte | 2048 de cuvinte |
| Timpul de acces | 25 µs | 9 µs |
| Tobe magnetice | ||
| Capacitate | O tobă pentru 24576 de cuvinte | Două role cu 24576 de cuvinte |
| Timpul de acces | 16 ms | |
| Timpul de executare a comenzii | ||
| Salt necondiționat | 30 µs | 16 µs |
| Adunare/Scădere | 49 µs | 24 µs |
| Multiplicare | 61 µs | 40 µs |
| Divizia | 100 µs | 83 µs |
| Dispozitive I/O | ||
| Unități de bandă | 4 dispozitive de 75.000 de cuvinte | 5 dispozitive de 125.000 de cuvinte |
| Afișaj grafic | Dimensiunea ecranului 16 inchi
Rezoluție 2048x2048 pixeli Viteza de iesire 6250 puncte/sec, 550 cifre/sec | |
| Sigiliu | Teletype Flexowriter (8 caractere/sec) | 3 Flexowriter (1 direct, 2 casete)
(8 caractere/sec) |
| Intrare bandă | ERA Reader, 140 de linii/sec | Cititor fotoelectric Ferranti, 200 linii/s |
| Ieșire pe bandă perforată | Perforator Flexowriter (10 linii/sec) | |
| Amprenta la sol | 307 mp metri (3300 sq. ft.) | |
| Consumul de energie electrică | 60 kW | |
| Numărul de componente | 6800 tuburi vid
22000 diode semiconductoare |
8616 tuburi vid
17823 diode semiconductoare |
În 1944, Centrul pentru Dispozitive Speciale ale Marinei SUA (SDC) dezvolta un simulator de zbor universal care nu ar fi legat structural de caracteristicile unui anumit tip de aeronavă, dar ar permite să fie reglat pe orice model de avion cunoscut înainte de antrenament. Ca parte a acestui proiect, SDC a comandat Laboratorului de Servomecanisme al MIT să dezvolte un dispozitiv de analiză a stabilității avionului (ASCA) care ar fi responsabil pentru simularea comportamentului unei aeronave ca răspuns la acțiunile unui stagiar în cabina simulatorului. Șeful Laboratorului de Servomecanisme, profesorul Gordon Brown, a încredințat această lucrare unui grup condus de Jay R. Forrester, unul dintre asistenții săi. Forrester, la rândul său, l-a adus pe Robert Everett ca lider tehnic al proiectului.
Inițial, J. Forrester a intenționat să rezolve problema folosind un dispozitiv analog electromecanic care să calculeze traiectoria aeronavei în timp real ca răspuns la acțiunile pilotului. Cu toate acestea, la aproximativ un an de la începutul proiectului, Forrester și-a dat seama că dispozitivul analogic era prea complex și inflexibil pentru sarcina în cauză. În mare parte, sub influența boom-ului de calcul digital care câștiga atunci avânt, el a decis la sfârșitul anului 1945 ca dispozitivul creat să se bazeze pe un computer digital, după care grupul său a început mai întâi să studieze elementele de bază ale tehnologiei digitale și apoi pentru a proiecta viitorul computer. Întrucât sarcina a necesitat procesarea unui număr mare de parametri de intrare și o cantitate mare de calcule în timp real, Forrester a ridicat de la bun început ștacheta viitorului computer foarte sus, atât în ceea ce privește performanța, cât și fiabilitatea acestuia. Deoarece la momentul în care a început proiectarea, singurul computer electronic funcțional era ENIAC nou pus în funcțiune , echipa de dezvoltare a trebuit să dezvolte toate soluțiile de la zero. Forrester și Everett au decis de la început că computerul va fi construit în două faze — mai întâi va fi construit un computer mai mic (care a fost numit Wilrlwind I) și apoi, după ce toate soluțiile au fost testate, va fi construit un computer mai puternic. Dezvoltarea a fost realizată foarte minuțios și până în septembrie 1947 a fost pregătit un proiect detaliat al computerului (aproape la nivelul schemelor de circuite). Pentru a testa soluții de circuit pentru o unitate aritmetică , în 1947 a fost construit un multiplicator binar de 5 biți, care a fost apoi supus unor teste ciclice pe termen lung pentru a verifica fiabilitatea acestuia. La începutul anului 1948, a fost încheiat un subcontract între MIT și compania Sylvania, căreia i-a fost încredințată fabricarea componentelor electronice. Forrester în 1947 a planificat următoarea ordine de construire a unui computer: mai întâi este implementată și testată unitatea aritmetică, apoi unitatea de control , apoi memoria de testare ( ROM bazată pe comutatoare ), dispozitivele de bază de intrare/ieșire (teletip, cititor de bandă perforată și perforat ). dispozitiv de ieșire bandă ), și numai la sfârșit trebuia să instaleze RAM . Finalizarea lucrărilor la acest plan a fost programată pentru începutul anului 1949.
S-a decis să facă operațiunile computerului biți-paralel, ceea ce a oferit performanță maximă cu prețul unei complexități mai mari. Pentru a optimiza complexitatea, sa decis ca computerul să fie binar cu cea mai mică adâncime de biți posibilă. Au fost aleși 16 biți în funcție de dimensiunea minimă a instrucțiunii: au fost alocați 5 biți pentru codul de operare, ceea ce a făcut posibilă implementarea a 32 de instrucțiuni și 11 biți pentru adresa operandului. Astfel, zona de memorie adresabilă a fost de 2048 de cuvinte. Faptul că acuratețea numerelor pe 16 biți era mică nu i-a deranjat pe dezvoltatori, aceștia pornind de la faptul că, dacă era necesar să se obțină o acuratețe mai mare, aceasta putea fi furnizată programatic cu mai multe operații secvențiale . Sistemul de comandă era unicast, la executarea comenzilor se efectuau operații între registrul acumulatorului și celula de memorie, rezultatul operației era și plasat în acumulator. Operațiile trebuiau efectuate cu un punct fix , în timp ce computerul a furnizat un set complet de 4 operații aritmetice, precum și o operație logică „ȘI” (a fost numită „extracție” - extracție). Ca element de bază al computerului, pe baza sarcinii de a asigura performanțe maxime, au fost alese tuburi de vid . Dezvoltatorii au luat foarte în serios problema asigurării fiabilității computerului, pe baza numărului foarte mare de tuburi radio instalate în acesta, care au o durată de viață limitată. Pentru a asigura fiabilitatea maximă, au dezvoltat un sistem special de verificare a limitelor de performanță. În acest scop, au introdus așa-numitul sistem în computer. verificarea limitelor bazată pe reglarea bloc cu bloc a punctelor de funcționare ale lămpilor. Acest sistem a făcut posibilă, prin aducerea punctelor de funcționare ale lămpilor peste valorile nominale, dar fără a le aduce la nivelul de defectare a blocului, identificarea lămpilor aflate în pragul defecțiunii. Totodată, aceștia au fost depistați în momentul în care mai aveau o oarecare rezervă de resursă de muncă, ceea ce a făcut posibil, după efectuarea acestei proceduri, să conteze pe câteva ore de funcționare fără probleme a computerului. La fel ca multe alte computere din prima generație, toate blocurile computerului Whirlwind au funcționat într-un mod strâns sincron, primind impulsuri de ceas de la un generator central de ceas . În acest caz, ALU a folosit o frecvență de 2 MHz, iar restul dispozitivelor au fost tactate cu impulsuri de jumătate de frecvență de 1 MHz.
Deoarece Forrester a stabilit cerințe ridicate pentru viitorul computer și a atras resurse umane semnificative în proiect, proiectul Whirlwind s-a dovedit a fi foarte costisitor. Costul implementării sale a fost de aproximativ 150.000 USD pe lună, sau 1,8 milioane USD pe an. În același timp, în legătură cu sfârșitul războiului, guvernul SUA a redus drastic finanțarea pentru programele militare. În plus, nevoia de pregătire a piloților militari a fost redusă drastic, ceea ce a dus la reducerea proiectului universal de simulare de zbor. În 1948, proiectul a fost finanțat de Oficiul de Cercetare Navală (ONR), care a susținut în general proiectul de creare a unui computer, dar a insistat asupra simplificării semnificative a acestuia și a reducerii costurilor. ONR a insistat să folosească un calculator pentru calcule științifice, iar din acest punct de vedere, cerințele de performanță și fiabilitate ar putea fi scăzute. Spre comparație, a fost citat proiectul EDVAC , care a fost dezvoltat la Școala Moore a Marinei SUA, finanțat tot din bugetul ONR, dar care a fost mult mai puțin costisitor. În legătură cu acestea, Forrester, împreună cu conducerea MIT, au căutat în mod activ alți posibili clienți și i-au găsit în persoana Forțelor Aeriene ale SUA , care erau preocupate de problema construirii unui sistem unificat de apărare aeriană din SUA. Calculatorul Whirlwind, ca parte a soluționării acestei probleme, trebuia să combine datele primite de la mai multe radare și să formeze o singură imagine tactică în limitele regiunii acoperite de sistem. Această sarcină a fost mai întâi rezolvată în cadrul proiectului Charles și apoi a primit denumirea de cod a proiectului Claude. Ca urmare, până în 1950 problema finanțării era practic rezolvată. Cea mai mare parte a banilor a venit de la Forțele Aeriene, dar ONR a participat și la finanțare și se aștepta să obțină puțin timp de calculator pentru a rezolva probleme științifice.
La sfârșitul anului 1947, a fost asamblat și testat un multiplicator de 5 biți, pe care au fost testate cu succes soluțiile de circuit ale viitorului dispozitiv aritmetic de dimensiune completă și a fost testat sistemul de testare a limitelor. În timpul testelor, a fost posibilă funcționarea continuă fără probleme a multiplicatorului timp de 45 de zile, ceea ce dezvoltatorii au considerat o realizare foarte mare. În primăvara anului 1948, Sylvania a început să furnizeze blocuri pentru viitorul computer, iar echipa Whirlwind a început să asambleze computerul. Până la sfârșitul anului, toate dulapurile au fost instalate, au fost instalate surse de alimentare, au fost instalate unități ALU. În primăvara anului 1949 a fost montat dispozitivul de control. În vara anului 1949, au fost efectuate teste ale ALU, care au arătat conformitatea sa deplină cu indicatorii de proiectare, inclusiv intervalele de timp și fiabilitatea. Dispozitivele periferice au fost conectate la computer în toamnă. Până când a fost pe deplin gata, computerului i-a lipsit doar un dispozitiv de stocare, a cărui dezvoltare a fost întârziată semnificativ. Așadar, pentru testare s-a folosit o memorie de test, care a constat din 32 de „registre”, valorile în care erau setate prin comutatoare (de fapt, ROM), precum și 5 registre de memorie realizate pe flip-flop. Cu ajutorul comutatoarelor, a fost posibil să se înlocuiască oricare dintre registrele ROM cu un registru dinamic pe flip-flop. Odată cu utilizarea acestei memorie pe mașină la sfârșitul anului 1949, au fost rezolvate primele probleme de testare. Mai târziu, după instalarea RAM-ului standard, memoria de testare a fost folosită pentru a porni computerul de pe medii externe.
Fabricarea dispozitivului de memorie pentru computer a fost semnificativ întârziată în comparație cu alte unități funcționale. La momentul dezvoltării diagramelor de flux în 1947, dezvoltatorii nu aveau încă clar ce tehnologie să folosească pentru a construi memorie. Apoi, de exemplu, ideea de memorie bazată pe celule cu descărcare în gaz a fost luată în considerare de ceva timp, dar testele au arătat inutilitatea acesteia. Apoi a fost luată decizia de a construi memorie bazată pe tuburi cu raze catodice de stocare . Începând cu 1948, echipei i s-a alocat un grup pentru a dezvolta tuburi catodice cu memorie, condus de Steven Dodd (Steven Dodd). Acest grup a dezvoltat un nou tip de tub de stocare, care diferă semnificativ ca design de tuburile Williams cunoscute la acea vreme . Trebuia să facă singur tuburi, iar în acest scop a fost organizat un atelier special în laborator sub îndrumarea lui Pat Youtz. Tuburile dezvoltate în Laboratorul de Servomecanisme aveau două tunuri de electroni - unul pentru scrierea și citirea informațiilor, iar celălalt pentru regenerarea constantă a informațiilor folosind un flux de electroni de joasă energie. Informațiile au fost înregistrate pe o țintă specială de mica, pe care a fost depus un mozaic de celule conductoare electric. O caracteristică a tuburilor dezvoltate a fost că nu au necesitat regenerarea periodică a informațiilor înregistrate prin citirea fiecărei celule cu suprascrierea ei ulterioară, așa cum se face în tuburile Williams. În tuburile de memorie Whirlwind, regenerarea a avut loc continuu sub influența unui flux de electroni lenți. Procesul de dezvoltare a CRT-urilor cu memorie de lucru stabile a durat mult timp și a început să încetinească finalizarea computerului în ansamblu. La începutul anului 1950, computerul era complet gata, dar nu avea încă un dispozitiv de stocare. Abia în toamna anului 1950 a fost fabricat primul banc de 256 de cuvinte RAM (16 tuburi de 256 de biți). Aceste întârzieri l-au determinat pe Forrester să caute modalități alternative de stocare a informațiilor. În iunie 1949 a început să experimenteze cu inele de ferită și a obținut rezultate interesante. În toamna aceluiași an, el l-a instruit pe asistentul de laborator William N. Papian să continue aceste experimente. Sarcina principală a fost obținerea unei viteze care să depășească caracteristicile memoriei electrostatice. Între timp, în toamna anului 1950, computerul a primit în sfârșit primul banc de memorie electrostatică, ceea ce a făcut posibilă începerea testelor sale cuprinzătoare. Ei au arătat că memoria rămâne încă un element nesigur, iar timpul de funcționare maxim nu este mai mare de 1 oră. Până în martie 1951, tuburile de stocare au fost îmbunătățite, ceea ce a făcut posibilă funcționarea satisfăcătoare a computerului și începerea rezolvării problemelor practice pe acesta. În 1952, s-a încercat înlocuirea tuburilor de 256 de biți cu tuburi îmbunătățite de 1024 de biți, dar noile tuburi s-au dovedit din nou nefiabile și au necesitat îmbunătățiri suplimentare. În același timp, munca lui Papian cu miezuri de ferită a început să dea rezultate foarte bune. Mai întâi, a selectat materialele feromagnetice optime, experimentând pe inele simple, apoi a reușit să realizeze o matrice de testare de lucru din 2x2 inele, iar la sfârșitul anului 1951 a fost testată o matrice de 16x16, care avea o capacitate egală cu capacitatea unui memorie CRT. În mai 1952, Papian a realizat un timp de acces la elementele acestei matrice de mai puțin de 1 microsecundă. În iulie, Forrester a luat decizia de a produce o bancă de memorie cu ferită cu funcții complete de 1024 de cuvinte (16 matrice 32x32). Întrucât în momentul de față computerul era foarte încărcat cu rezolvarea problemelor ONR și ale Forțelor Aeriene ale SUA, s-a decis construirea unui computer special de testare (Memory Test Computer) pentru testarea complexă a noii memorie. Acest computer a fost finalizat în mai 1953 și testat cu succes în vară. Imediat după aceea, două bănci de memorie de ferită au fost conectate la Whirlwind I, iar după aceea computerul a atins în sfârșit parametrii de proiectare. Datorită faptului că timpul de acces pentru memoria de ferită a scăzut la 9 µs față de 25 µs pentru memoria electrostatică, viteza computerului a crescut de aproape 2 ori. În același timp, fiabilitatea computerului a crescut brusc.
După cum s-a descris mai sus, computerul a devenit un dispozitiv de lucru cu drepturi depline în martie-aprilie 1951, iar din acel moment a început funcționarea sa regulată, în primul rând pentru implementarea unui sistem de apărare aeriană de testare, care a fost numit Cape Code System. Pentru a efectua aceste lucrări în 1951, la MIT a fost înființat un nou laborator, Laboratorul Lincoln. Lucrările la sistemul Cape Cod au inclus următorul plan de acțiune:
Prima sarcină a fost rezolvată foarte repede - până la sfârșitul lunii aprilie, Sistemul Cape Code a furnizat cu succes luptătorului o țintă de testare de trei ori. În același timp, s-a remarcat că luptătorul a reușit să aducă la țintă la o distanță mai mică de 1000 m. În cursul acestei lucrări, echipa Whirlwind a creat primul afișaj grafic din lume care afișa o secvență de vectori pe ecran și, de asemenea, a făcut posibilă afișarea numerelor și literelor prezentate ca matrice.puncte într-o matrice 3x5. Afișajul grafic a fost echipat cu un stilou luminos, care a permis operatorului să indice direct ținta dorită pe ecran. Display-ul grafic Whirlwind avea două ecrane - unul destinat operatorului, iar în fața celui de-al doilea era instalată o cameră controlată de computer. Acest lucru a permis operatorului să facă o copie pe hârtie a ecranului, dacă este necesar. La sfârșitul anului 1953, sistemul Cape Cod a permis urmărirea simultană a până la 48 de ținte.
Pe lângă munca în interesul Forțelor Aeriene, computerul a fost folosit și pentru rezolvarea problemelor de calcul de natură științifică și aplicată științific, provenite de la ONR și de la diferite laboratoare MIT. În medie, 100-150 de astfel de probleme pe an au fost rezolvate pe computer.
În 1952, au început lucrările la dezvoltarea unui nou computer Whirlwind II, care a condus la crearea calculatoarelor seriale AN / FSQ-7 și AN / FSQ-8, care au devenit baza aerului SAGE ( Semi-Automatic Ground Environment ). sistem de aparare . Whirlwind I a fost folosit multă vreme în dezvoltarea experimentală a sistemelor de apărare aeriană și de control al traficului aerian condusă de Laboratorul Lincoln, iar până în 1956 a rezolvat sarcini finanțate de ONR. Cu toate acestea, după crearea Whirlwind II și a calculatoarelor seriale AN / FSQ-7 / 8 bazate pe acesta, nevoia de Whirlwind I a dispărut. În 1959, s-a hotărât că funcționarea sa ulterioară a fost inutilă, în principal din cauza costului ridicat de funcționare, iar la 30 iunie 1959 a fost oprită. Mai târziu, a fost închiriat către Wolf Research and Development Corporation, fondată de William Wolf , unul dintre foștii membri ai proiectului Whirlwind. Această companie a mutat computerul la biroul lor, l-a pus în funcțiune și l-a folosit câțiva ani pentru sarcinile lor. După finalizarea acestor lucrări, Whirlwind I a fost în cele din urmă închis și dezmembrat în 1964. Unele dintre componentele sale au fost păstrate și donate Instituției Smithsonian .
Dezvoltată pentru computerul Whirlwind I, memoria de ferită a devenit principala tehnologie de memorie pentru computere timp de două decenii, a fost folosită în trei generații de computere până când a fost înlocuită la mijlocul anilor 1970 de memoria statică și dinamică pe circuite integrate .
Pe baza soluțiilor elaborate pe computerul Whirlwind, a fost creat primul sistem automat de apărare aeriană SAGE din lume , care includea 24 de centre regionale și un centru de comandă. Acest sistem a asigurat convergența informațiilor din diverse surse de informații și construirea unui tablou tactic unic, atât la nivel de centre regionale, cât și la nivel continental, urmată de vizarea interceptoarelor BOMARC și a rachetelor de croazieră . Acest sistem a funcționat cu succes până la începutul anilor 1980.
Soluțiile utilizate în proiectarea lui Whirlwind I au stat ulterior la baza calculatoarelor din linia PDP , fabricate de Digital Equipment Corporation (DEC), fondată în 1957 de Kenneth Olsen , unul dintre participanții la proiectul Whirlwind. Calculatoarele din seria DEC PDP-8 și PDP-11 au devenit cele mai populare computere produse în epoca de dinaintea apariției computerelor personale.