Войти
 Элементы компьютера Whirlwind: основная память (слева) и консоль оператора | |
| Продукт семья | "Программа Вихря" / "Проект Вихря" |
|---|---|
| Дата выхода | 20 апреля 1951 г. (1951-04-20) |
Вихрь I был Холодная война -эра компьютер на электронных лампах, разработанный Лабораторией сервомеханизмов MIT для США. Военно-морской флот. Это был один из первых цифровых электронных компьютеров, которые работали в режиме реального времени для вывода, и первый, который не был просто электронной заменой старых механических систем.
Это был один из первых компьютеров, который выполнял вычисления в параллельном (а не в последовательном ), и был первым, кто использовал память с магнитным сердечником.
Его разработка напрямую привела к созданию конструкции Whirlwind II, которая использовалась в качестве основы для системы ПВО ВВС США SAGE, и косвенно почти для всех бизнес-компьютеров и миникомпьютеров в 1960-х, особенно из-за «короткой длины слова, скорости, людей».
Во время Второй мировой войны, США Военно-морская исследовательская лаборатория ВМФ обратилась в Массачусетский технологический институт по поводу возможности создания компьютера для управления пилотажным имитатором для обучения экипажей бомбардировщиков. Они представили довольно простую систему, в которой компьютер будет постоянно обновлять моделируемую приборную панель на основе управляющих сигналов от пилотов. В отличие от более старых систем, таких как Link Trainer, система, которую они предполагали, будет иметь значительно более реалистичную модель аэродинамики, которую можно будет адаптировать к любому типу самолета. Это было важным соображением в то время, когда на вооружение вводилось много новых конструкций.
Лаборатория сервомеханизмов в здании 32 Массачусетского технологического института провела небольшое обследование, которое показало, что такая система возможна. Управление военно-морских исследований ВМФ решило профинансировать разработку проекта «Вихрь», и лаборатория назначила Джея Форрестера ответственным за проект. Вскоре они построили для этой задачи большой аналоговый компьютер, но обнаружили, что он неточный и негибкий. Решение этих проблем в общих чертах потребует гораздо большей системы, возможно, такой большой, что ее невозможно будет построить.
Перри Кроуфорд, другой член команды Массачусетского технологического института, видел демонстрацию ENIAC в 1945 году. Затем он предположил, что цифровой компьютер будет лучшим решением. Такая машина позволила бы повысить точность моделирования за счет добавления большего количества кода в компьютерную программу вместо добавления частей в машину. Пока машина была достаточно быстрой, не было теоретических пределов сложности моделирования.
До этого момента все сконструированные компьютеры были предназначены для выполнения отдельных задач и выполнялись в пакетном режиме. Был заранее настроен ряд входных данных, которые вводились в компьютер, который обрабатывал ответы и печатал их. Это не подходило для системы Whirlwind, которая должна была постоянно работать с постоянно меняющейся серией входов. Скорость стала серьезной проблемой: в то время как в других системах это означало просто более длительное ожидание распечатки, в Whirlwind это означало серьезное ограничение степени сложности, которую могло включать моделирование.
К 1947 году Форрестер и его сотрудник Роберт Эверетт завершили проектирование высокоскоростной хранимой запрограммируйте компьютер для этой задачи. Большинство компьютеров той эпохи работали в последовательном битовом режиме, используя однобитовую арифметику и вводя большие слова, часто размером 48 или 60 бит, по одному биту за раз. Это было просто недостаточно быстро для их целей, поэтому Whirlwind включил шестнадцать таких математических модулей, оперирующих полным 16-битным словом каждый цикл в бит-параллельном режиме. Если не учитывать скорость памяти, Whirlwind («20 000 одноадресных операций в секунду» в 1951 году) был по существу в шестнадцать раз быстрее, чем другие машины. Сегодня почти все процессоры выполняют арифметические операции в «параллельном» режиме.
Размер слова был выбран после некоторых размышлений. Машина работала, передавая один адрес почти с каждой инструкцией, тем самым уменьшая количество обращений к памяти. Для операций с двумя операндами, например сложения, «другой» операнд считался загруженным последним. В этом отношении Whirlwind работал так же, как калькулятор с обратной польской нотацией ; за исключением того, что не было стека операндов, только накопитель . Разработчики посчитали, что 2048 слов памяти будут минимальным используемым объемом, требующим 11 бит для представления адреса, и что от 16 до 32 инструкций будут минимумом для других пяти битов - так что это было 16 бит.
Конструкция Whirlwind включает в себя управляющую память, управляемую главными часами. Каждый шаг тактового генератора выбирает одну или несколько сигнальных линий в диодной матрице , которая включает вентили и другие схемы на машине. Специальный переключатель направляет сигналы в разные части матрицы для выполнения разных инструкций. В начале 1950-х годов Whirlwind I «разбивался в среднем каждые 20 минут».
Строительство Whirlwind началось в 1948 году, и в нем было задействовано 175 человек. в том числе 70 инженеров и техников. В третьем квартале 1949 года компьютер был достаточно развит, чтобы решить уравнение и отобразить его решение на осциллографе, и даже для первой анимированной и интерактивной компьютерной графической игры. Наконец, 20 апреля 1951 года Whirlwind «успешно выполнил цифровой расчет курсов перехвата». Бюджет проекта составлял примерно 1 миллион долларов в год, что значительно превышало затраты на разработку большинства других компьютеров того времени. Через три года флот потерял интерес. Однако в это время ВВС заинтересовались использованием компьютеров для решения задачи наземного перехвата, и Whirlwind был единственной машиной, подходящей для этой задачи. Они занялись разработкой в рамках Project Claude.
Вихрь весил 20 000 фунтов (10 коротких тонн; 9,1 т).
Исходная конструкция машины требовала 2048 (2К) слов по 16 бит каждое из хранилище с произвольным доступом. Единственными двумя доступными технологиями памяти в 1949 году, которые могли хранить столько данных, были ртутные линии задержки и электростатическое накопление.
Ртутная линия задержки состояла из длинной трубки, заполненной ртутью, механический преобразователь на одном конце и микрофон на другом конце, что очень похоже на блок пружинной реверберации, позже используемый при обработке звука. Импульсы подавались на ртутную линию задержки на одном конце, и им потребовалось определенное время, чтобы достичь другого конца. Они были обнаружены микрофоном, усилены, преобразованы в правильную форму импульса и отправлены обратно в линию задержки. Таким образом, было сказано, что память рециркулирует.
Линии задержки Меркурия работали примерно со скоростью звука, поэтому были очень медленными с компьютерной точки зрения, даже по стандартам компьютеров конца 1940-х и 1950-х годов. Скорость звука в ртути также сильно зависела от температуры. Поскольку линия задержки содержала определенное количество битов, частота тактовых импульсов должна была изменяться в зависимости от температуры ртути. Если бы линий задержки было много, и все они не всегда имели одинаковую температуру, данные памяти могли бы легко испортиться.
Разработчики Whirlwind быстро отбросили линию задержки как возможную память - она была слишком медленной для предполагаемого имитатора полета и слишком ненадежной для воспроизводимой производственной системы, для которой Whirlwind должен был стать функциональным прототипом.
Альтернативная форма памяти была известна как «электростатическая». Это была память на электронно-лучевой трубке, во многом похожая на первые TV кинескопы или осциллографы. Электронная пушка направила пучок электронов в дальний конец трубки, где они попали в экран. Луч будет отклоняться, чтобы приземлиться в определенном месте на экране. Затем луч мог создать отрицательный заряд в этой точке или изменить заряд, который уже был там. Измеряя ток луча, можно было определить, было ли пятно изначально нулем или единицей, и луч мог сохранить новое значение.
В 1949 году существовало несколько форм ламп с электростатической памятью. Самая известная сегодня - трубка Вильямса, разработанная в Англии, но было и несколько другие, которые были разработаны независимо различными исследовательскими лабораториями. Инженеры Whirlwind рассмотрели трубку Williams, но определили, что динамический характер хранилища и необходимость частых циклов обновления несовместимы с целями дизайна Whirlwind I. Вместо этого они остановились на конструкции, которая в настоящее время разрабатывается. разработан в МИТ радиационной лаборатории. Это была электронная лампа с двумя пушками. Одна пушка производила остро сфокусированный луч для чтения или записи отдельных битов. Другой пистолет был «наводнением», который распылял на весь экран электроны низкой энергии. В результате конструкции эта трубка представляла собой скорее статическое ОЗУ, которое не требовало циклов обновления, в отличие от динамической ОЗУ трубки Вильямса.
В итоге выбор этой трубки оказался неудачным. Трубка Вильямса была разработана значительно лучше, и, несмотря на необходимость обновления, могла легко содержать 1024 бит на трубку и была довольно надежной при правильной эксплуатации. Трубка MIT все еще находилась в разработке, и хотя целью было удерживать 1024 бит на трубку, эта цель не была достигнута даже через несколько лет после того, как план предусматривал создание полноразмерных функциональных трубок. Кроме того, в спецификациях было указано, что время доступа составляет шесть микросекунд, но фактическое время доступа составляет около 30 микросекунд. Поскольку базовое время цикла процессора Whirlwind I определялось временем доступа к памяти, весь процессор работал медленнее, чем предполагалось.
Схема из основного модуля памяти Whirlwind 
Core stack from core memory unit of Whirlwind 
Project Whirlwind основная память, около 1951 года Джей Форрестер был отчаянно пытался найти подходящую замену памяти для своего компьютера. Первоначально в компьютере было всего 32 слова памяти, и 27 из этих слов были доступными только для чтения регистрами, состоящими из тумблеров. Остальные пять регистров были триггерами памятью, причем каждый из пяти регистров состоял из более чем 30 электронных ламп. Это «тестовое хранилище», как оно было известно, предназначалось для проверки элементов обработки, когда основная память не была готова. Основная память была настолько запоздалой, что первые эксперименты по слежению за самолетами с живыми данными радара были выполнены с использованием программы, вручную загруженной в тестовую память. Форрестер наткнулся на рекламу нового магнитного материала, производимого одной компанией. Понимая, что это потенциально может быть носитель данных, Форрестер нашел рабочий стол в углу лаборатории и получил несколько образцов материала для экспериментов. Затем в течение нескольких месяцев он проводил в лаборатории столько же времени, сколько и в офисе, управляя всем проектом.
В конце тех месяцев он изобрел основы памяти на магнитных сердечниках и продемонстрировал, что это, вероятно, осуществимо. Его демонстрация состояла из небольшой базовой плоскости из 32 сердечников, каждое из которых составляло три восьмых дюйма в диаметре. Продемонстрировав, что концепция практична, ее нужно было только свести к работоспособному проекту. Осенью 1949 года компания Forrester привлекла аспиранта Уильяма Н. Папяна к испытаниям десятков отдельных ядер, чтобы определить те, которые обладают лучшими характеристиками. Работа Папяна была поддержана, когда Форрестер попросил студента Дадли Аллена Бака поработать над материалом и назначил его за верстак, в то время как Форрестер вернулся к постоянному управлению проектами. (Бак продолжал изобретать криотрон и адресуемую память в лаборатории.)
Примерно через два года дальнейших исследований и разработок они смогли чтобы продемонстрировать базовую плоскость, состоящую из 32 на 32, или 1024 ядер, содержащих 1024 бита данных. Таким образом, они достигли первоначально намеченного размера хранения электростатической трубки, цели, которая еще не была достигнута самими трубками, и в последнем поколении дизайна они могли хранить только 512 бит на трубку. Очень быстро была изготовлена основная память на 1024 слова, заменившая электростатическую память. Разработка и производство электростатической памяти были отменены, что позволило сэкономить много денег, которые можно было перераспределить в другие области исследований. Позже были изготовлены два дополнительных модуля основной памяти, что увеличило общий объем доступной памяти.
В конструкции использовалось примерно 5000 вакуумных трубок.
Большое количество ламп, используемых в Whirlwind, привело к проблематичной частоте отказов, поскольку отказ одной трубки мог вызвать систему неудача. Стандартным пентодом в то время был 6AG7, но испытания в 1948 году показали, что его ожидаемый срок службы был слишком коротким для этого приложения. Следовательно, вместо него был выбран 7AD7, но у него также было слишком много отказов в эксплуатации. Расследование причин отказов показало, что кремний в вольфрамовом сплаве в нити накала нагревателя вызывал катодное отравление ; отложения ортосиликата бария, образующиеся на катоде, уменьшают или препятствуют его функции испускания электронов. Трубка 7AK7 с вольфрамовой нитью высокой чистоты была затем специально разработана для Whirlwind Sylvania.
Катодное отравление наиболее тяжело, когда трубка работает в отсечке с включенным обогревателем. Коммерческие лампы предназначались для радио (а позже и телевидения) приложений, где они редко используются в таком состоянии. Аналоговые приложения, подобные этим, удерживают трубку в линейной области, тогда как цифровые приложения переключают трубку между отсечкой и полной проводимостью, лишь ненадолго проходя через линейную область. Кроме того, коммерческие производители ожидали, что их лампы будут использоваться только несколько часов в день. Чтобы решить эту проблему, нагреватели были отключены на клапанах, которые не должны были переключаться на длительное время. Напряжение нагревателя включалось и выключалось с медленным нарастанием формы волны, чтобы избежать теплового удара в нити нагревателя.
Даже этих мер было недостаточно для достижения требуемого надежность. Начальные неисправности заранее выявлялись путем тестирования клапанов во время периодов технического обслуживания. Они прошли стресс-тесты, называемые предельными испытаниями, потому что они подавали напряжения и сигналы на клапаны вплоть до их расчетных пределов. Эти испытания были разработаны, чтобы выявить ранний отказ клапанов, которые в противном случае вышли бы из строя во время эксплуатации. Они были выполнены автоматически тестовой программой. Статистика технического обслуживания за 1950 год показывает успех этих мер. Из 1622 используемых пробирок 7AD7 243 вышли из строя, из которых 168 были обнаружены при предельных испытаниях. Из 1412 используемых трубок 7AK7 18 вышли из строя, из которых только 2 вышли из строя во время предельной проверки. В результате Whirlwind оказался намного надежнее любой имеющейся в продаже машины.
Многие другие особенности режима тестирования Whirlwind не были стандартными тестами и требовали специально построенного оборудования. Одним из условий, требующих особого тестирования, было кратковременное короткое замыкание на нескольких трубках, вызванное мелкими предметами, такими как ворс внутри трубки. Случайные ложные короткие импульсы являются незначительной проблемой или даже совершенно незаметны для аналоговых схем, но могут иметь катастрофические последствия для цифровой схемы. Они не обнаруживались при стандартных тестах, но их можно было обнаружить вручную, нажав на стеклянный конверт. Для автоматизации этого теста была построена схема, запускаемая тиратроном.
После подключения к экспериментальной РЛС раннего предупреждения о микроволновом излучении (MEW) на Hanscom Field с помощью Джека Оборудование Харрингтона, коммерческие телефонные линии и самолеты были отслежены Whirlwind I. Система Кейп-Код впоследствии продемонстрировала компьютеризированную противовоздушную оборону, прикрывавшую южную часть Новой Англии. Сигналы от трех радаров дальнего действия (AN / FPS-3), одиннадцати радаров для заполнения промежутков и трех радаров для определения высоты были переданы по телефонным линиям на компьютер Whirlwind I в Кембридже, Массачусетс. Проект Whirlwind II для более крупной и быстрой машины (так и не был завершен) лег в основу системы ПВО SAGE IBM AN / FSQ-7 Combat Direction Central.
Вихрь использовал приблизительно 5 000 электронных ламп. Также были предприняты усилия по преобразованию конструкции Whirlwind в транзисторную форму, возглавляемую Кеном Олсеном и известную как TX-0. TX-0 был очень успешным, и в планах было сделать еще более крупную версию, известную как TX-1. Однако этот проект был слишком амбициозным, и его пришлось сократить до меньшей версии, известной как TX-2. Даже эта версия оказалась проблемной, и Олсен ушел в середине проекта, чтобы основать Digital Equipment Corporation (DEC). PDP-1 от DEC представлял собой набор концепций TX-0 и TX-2 в меньшем корпусе.
После поддержки SAGE, Whirlwind I был арендован (1 доллар в год) с 30 июня. С 1959 по 1974 год, участник проекта Билл Вольф.
Кен Олсен и Роберт Эверетт спасли машину, которая стала основой для Бостонского компьютерного музея в 1979 году. Сейчас она находится в коллекции Музей истории компьютеров в Маунтин-Вью, Калифорния.
По состоянию на февраль 2009 г., основной блок памяти выставлен в Музее промышленности и инноваций Чарльз-Ривер в Уолтем, Массачусетс. Один самолет, предоставленный на время в Музее компьютерной истории, показан как часть экспозиции по исторической информатике в Gates Computer Science Building, Стэнфорд.
Здание, в котором размещался Whirlwind, до недавнего времени находилось Здесь размещался ИТ-отдел, информационные услуги и технологии Массачусетского технологического института, и в 1997–1998 годах он был восстановлен до своего первоначального внешнего вида.
| Records | ||
|---|---|---|
| Предыдущий. - | Самый мощный компьютер в мире. 1951–1954 | Преемник. IBM NORC |
