| Forgószél | |
|---|---|
| Típusú | légvédelmi számítógép |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
A Whirlwind I egy 1. generációs számítógép , amelyet a Massachusetts Institute of Technology szervolaboratóriumában terveztek és gyártottak .
| Lehetőségek | Elektrosztatikus memóriával
(1951 márciusától) |
ferrit memóriával
(1953 októberétől) |
|---|---|---|
| Adatbitmélység | 16 számjegy | |
| Parancs bitmélység | 16 számjegy | |
| Számábrázolás | bináris előjelű fixpont | |
| fő memória | ||
| A méret | 256 szó | 2048 szó |
| Hozzáférési idő | 25 µs | 9 µs |
| Mágneses dobok | ||
| Kapacitás | Egy dob 24576 szóhoz | Két tekercs 24576 szóval |
| Hozzáférési idő | 16 ms | |
| A parancs végrehajtási ideje | ||
| Feltétel nélküli ugrás | 30 µs | 16 µs |
| Összeadás/kivonás | 49 µs | 24 µs |
| Szorzás | 61 µs | 40 µs |
| Osztály | 100 µs | 83 µs |
| I/O eszközök | ||
| Szalagos meghajtók | 4 eszköz 75 000 szóval | 5 eszköz 125 000 szóval |
| Grafikus kijelző | A képernyő mérete 16 hüvelyk
Felbontás 2048x2048 pixel Kimeneti sebesség 6250 pont/sec, 550 számjegy/sec | |
| Fóka | Teletype Flexowriter (8 karakter/mp) | 3 Flexowriter (1 közvetlen, 2 kazettás)
(8 karakter/mp) |
| Szalagos bemenet | ERA Reader, 140 sor/mp | Ferranti fotoelektromos olvasó, 200 sor/s |
| Kimenet perforált szalagra | Perforator Flexowriter (10 sor/mp) | |
| Lábnyom | 307 négyzetméter méter (3300 négyzetláb) | |
| Villamosenergia fogyasztás | 60 kW | |
| Összetevők száma | 6800 vákuumcső
22000 félvezető dióda |
8616 vákuumcső
17823 félvezető diódák |
1944-ben a US Navy Special Devices Center (SDC) egy univerzális repülésszimulátort fejlesztett ki, amely szerkezetileg nem kötődik egy adott típusú repülőgép jellemzőihez, hanem lehetővé teszi, hogy bármilyen ismert repülőgép-modellre hangolják a kiképzés előtt. A projekt részeként az SDC megbízta az MIT Szervomechanizmusok Laboratóriumát, hogy dolgozzon ki egy repülőgép-stabilitás-ellenőrző elemző (ASCA) eszközt, amely a szimulátor pilótafülkében egy gyakornok tevékenységére reagálva szimulálja a repülőgép viselkedését. A Szervomechanizmusok Laboratóriumának vezetője, Gordon Brown professzor ezt a munkát Jay R. Forrester, egyik asszisztense által vezetett csoportra bízta. A Forrester pedig Robert Everettet hozta be a projekt technikai vezetőjének.
J. Forrester kezdetben egy elektromechanikus analóg eszközzel kívánta megoldani a problémát, amely valós időben számítja ki a repülőgép röppályáját a pilóta cselekedeteire reagálva. A projekt körülbelül egy éve azonban a Forrester rájött, hogy az analóg eszköz túl bonyolult és rugalmatlan az adott feladathoz. Nagyrészt az akkoriban fellendülő digitális számítástechnikai fellendülés hatására 1945 végén úgy döntött, hogy a készülő eszköznek digitális számítógépre kell épülnie, majd csoportja először a digitális technika alapjaival kezdett foglalkozni, ill. majd megtervezni a leendő számítógépet. Mivel a feladat nagyszámú bemeneti paraméter feldolgozását és nagy mennyiségű valós idejű számítást igényelt, a Forrester a kezdetektől nagyon magasra tette a leendő számítógép lécet, mind a teljesítmény, mind a megbízhatóság tekintetében. Mivel a tervezés megkezdésekor az egyetlen működő elektronikus számítógép az újonnan üzembe helyezett ENIAC volt, a fejlesztőcsapatnak minden megoldást a nulláról kellett kidolgoznia. Forrester és Everett már korán eldöntötte, hogy a számítógépet két ütemben építik meg – először egy kisebb számítógépet (ami a Wilrlwind I nevet kapta), majd miután az összes megoldást kipróbálták, egy erősebb számítógépet építenek. A fejlesztést nagyon alaposan elvégezték, és 1947 szeptemberére elkészült a számítógép részletes terve (majdnem kapcsolási rajzok szintjéig). Az aritmetikai egység áramköri megoldásainak tesztelésére 1947-ben egy 5 bites bináris szorzót építettek, amelyet azután hosszú távú ciklikus tesztelésnek vetnek alá a megbízhatóságának igazolására. 1948 elején alvállalkozói szerződést kötöttek az MIT és a Sylvania cég között, amelyet elektronikai alkatrészek gyártásával bíztak meg. A Forrester 1947-ben a következő sorrendet tervezte a számítógép megépítésében: először az aritmetikai egységet implementálják és tesztelik, majd a vezérlőegységet , majd a tesztmemóriát ( kapcsoló alapú ROM ), az alapvető bemeneti/kimeneti eszközöket (teletípus, lyukszalag-olvasó és lyukasztás ). szalagos kimeneti eszköz), és csak a legvégén kellett volna RAM -ot telepítenie . Ennek a tervnek a befejezését 1949 elejére tervezték.
Úgy döntöttek, hogy a számítógépes műveleteket bit-párhuzamossá teszik, ami maximális teljesítményt nyújtott nagyobb bonyolultság árán. A komplexitás optimalizálása érdekében úgy döntöttek, hogy a számítógépet a lehető legkisebb bitmélységgel binárissá teszik. A minimális utasításméret alapján 16 bitet választottunk: a műveleti kódhoz 5 bitet foglaltunk le, ami 32 utasítás megvalósítását tette lehetővé, az operandus címének pedig 11 bitet. Így a címezhető memóriaterület 2048 szó volt. Az, hogy a 16 bites számok pontossága kicsi volt, a fejlesztőket nem zavarta, abból indultak ki, hogy ha nagyobb pontosságra volt szükség, akkor azt programszerűen több szekvenciális művelettel is el lehetett látni . A parancsrendszer unicast volt, a parancsok végrehajtásakor az akkumulátor regiszter és a memóriacella között műveleteket hajtottak végre, a művelet eredménye is az akkumulátorba került. A műveleteket egy fix ponttal kellett végrehajtani , míg a számítógép 4 aritmetikai műveletből álló teljes készletet, valamint egy logikai „ÉS” műveletet biztosított (ezt „kivonásnak” nevezték - kivonásnak). A számítógép elemalapjául a maximális teljesítmény biztosítása érdekében a vákuumcsöveket választottam . A fejlesztők nagyon komolyan vették a számítógép megbízhatóságának biztosításának problémáját, a beépített nagyon sok rádiócsövek alapján, amelyek élettartama véges. A maximális megbízhatóság érdekében speciális rendszert fejlesztettek ki a teljesítmény határainak ellenőrzésére. Ennek érdekében bevezették a számítógépbe az ún. határellenőrzés a lámpák működési pontjainak blokkonkénti szabályozása alapján. Ez a rendszer azáltal, hogy a lámpák működési pontjait a névleges értékeken túlra vitte, de nem hozta a blokk meghibásodásának szintjére, lehetővé tette a meghibásodás szélén álló lámpák azonosítását. Ugyanakkor abban a pillanatban észlelték őket, amikor még volt némi munkaerőforrás-tartalékuk, ami lehetővé tette, hogy ezen eljárás elvégzése után a számítógép több órás problémamentes működésével számoljanak. Az első generáció sok más számítógépéhez hasonlóan a Whirlwind számítógép összes blokkja szorosan szinkron üzemmódban működött, és óraimpulzusokat kapott egy központi óragenerátortól . Ebben az esetben az ALU 2 MHz-es frekvenciát használt, a többi eszközt pedig 1 MHz-es félfrekvenciás impulzusokkal órajelezte.
Mivel a Forrester magas követelményeket támasztott a jövő számítógépével szemben, és jelentős emberi erőforrásokat vonzott a projektbe, a Whirlwind projekt nagyon költségesnek bizonyult. Megvalósításának költsége körülbelül havi 150 000 dollár volt, vagyis évi 1,8 millió dollár. Ugyanakkor a háború végével kapcsolatban az Egyesült Államok kormánya élesen csökkentette a katonai programok finanszírozását. Ezenkívül jelentősen csökkent a katonai pilóták képzésének szükségessége, ami az univerzális repülésszimulátor projekt megnyirbálásához vezetett. 1948-ban a projektet a Haditengerészeti Kutatási Hivatal (ONR) finanszírozta, amely általában támogatta a számítógép létrehozására irányuló projektet, de ragaszkodott annak jelentős egyszerűsítéséhez és költségcsökkentéséhez. Az ONR ragaszkodott a számítógép használatához a tudományos számításokhoz, és ebből a szempontból csökkenteni lehetne a teljesítményre és a megbízhatóságra vonatkozó követelményeket. Összehasonlításként az EDVAC projektet hozták fel , amelyet az amerikai haditengerészet Moore School-jában fejlesztettek ki, szintén az ONR költségvetéséből finanszírozva, de sokkal olcsóbb volt. Ezek kapcsán a Forrester az MIT vezetésével együtt aktívan keresett további lehetséges ügyfeleket, és megtalálta őket az Egyesült Államok légierejének személyében , akiket az egységes amerikai légvédelmi rendszer kiépítésének problémája foglalkoztatott. A Whirlwind számítógépnek a probléma megoldásának részeként a sok radartól kapott adatokat kellett volna egyesítenie, és egyetlen taktikai képet alkotnia a rendszer által lefedett régió határain belül. Ezt a feladatot először a Charles projekt keretében oldották meg, majd megkapták a Claude projekt kódjelzését. Ennek eredményeként 1950-re a finanszírozás problémája gyakorlatilag megoldódott. A pénz nagy része a légierőtől származott, de az ONR is részt vett a finanszírozásban, és arra számított, hogy lesz némi számítógépes idő a tudományos problémák megoldására.
1947 végén összeállítottak és teszteltek egy 5 bites szorzót, amelyen sikeresen tesztelték a majdani teljes méretű aritmetikai eszköz áramköri megoldásait és tesztelték a határvizsgáló rendszert. A teszteken 45 napon keresztül sikerült a szorzó folyamatos, hibamentes működését elérni, amit a fejlesztők igen nagy eredménynek tartottak. 1948 tavaszán Sylvania megkezdte a blokkok szállítását a jövőbeli számítógéphez, és a Whirlwind csapata elkezdte összeszerelni a számítógépet. Az év végére minden szekrény beépítésre került, tápegységek, ALU egységek beépítésre kerültek. 1949 tavaszán szerelték fel a vezérlőberendezést. 1949 nyarán elvégezték az ALU tesztjeit, amelyek azt mutatták, hogy teljes mértékben megfelel a tervezési mutatóknak, beleértve az időintervallumokat és a megbízhatóságot. Ősszel perifériás eszközöket csatlakoztattak a számítógéphez. A számítógép teljes készenlétéig csak tárolóeszköz hiányzott, ennek fejlesztése jelentősen késett. Ezért a teszteléshez egy tesztmemóriát használtak, amely 32 "regiszterből" állt, amelyek értékeit kapcsolók (valójában ROM) állították be, valamint 5 flip-flopokon készült memóriaregiszter. A kapcsolók segítségével a ROM regiszterei közül bármelyiket le lehetett cserélni egy dinamikus regiszterre flip-flopokon. Ennek a memóriának a gépen történő 1949 végén történő használatával az első tesztproblémák megoldódtak. Később, a szabványos RAM telepítése után a tesztmemóriát a számítógép külső adathordozóról történő indítására használták.
A számítógép memóriaeszközének gyártása jelentősen késett a többi funkcionális egységhez képest. A folyamatábrák 1947-es kidolgozásakor a fejlesztők még nem tudták egyértelműen, hogy melyik technológiát használják a memória építéséhez. Aztán például egy ideig fontolóra vették a gázkisüléses cellákon alapuló memória gondolatát, de a tesztelés megmutatta ennek hiábavalóságát. Ezt követően az a döntés született, hogy katódsugárcsöveken alapuló memóriát építenek . 1948-tól a csapatot Steven Dodd (Steven Dodd) vezetésével egy csoportot jelöltek ki memória katódsugárcsövek fejlesztésére. Ez a csoport egy új típusú tároló csövet fejlesztett ki, amely kialakításában jelentősen eltért az akkoriban ismert Williams csövektől . Önállóan kellett volna csöveket készítenie, erre a célra egy speciális műhelyt szerveztek a laboratóriumban Pat Youtz irányításával. A Szervomechanizmusok Laboratóriumában kifejlesztett csövek két elektronágyúval rendelkeztek – az egyik az információ írására és olvasására, a másik pedig az információ folyamatos regenerálására szolgált alacsony energiájú elektronok áramlásával. Az információkat egy speciális csillámcélponton rögzítették, amelyre elektromosan vezető cellákból álló mozaik került. A kifejlesztett csövek sajátossága az volt, hogy nem igényelték a rögzített információ időszakos regenerálását az egyes cellák beolvasásával és az azt követő felülírással, ahogyan ez a Williams-csövek esetében történik. A Whirlwind memóriacsövekben a regeneráció folyamatosan ment végbe lassú elektronáram hatására. A stabil munkamemória CRT-k fejlesztésének folyamata sokáig elhúzódott, és lassítani kezdte a számítógép egészének elkészültét. 1950 elején a számítógép teljesen készen állt, de tárolóeszközzel még nem rendelkezett. Csak 1950 őszén készült el az első 256 szavas RAM (16 cső 256 bites) bankja. Ezek a késések arra késztették a Forrestert, hogy alternatív módokat keressen az információk tárolására. 1949 júniusában ferritgyűrűkkel kezdett kísérletezni, és érdekes eredményekre jutott. Ugyanezen év őszén utasította William N. Papian laboratóriumi asszisztenst, hogy folytassa ezeket a kísérleteket. A fő feladat az elektrosztatikus memória jellemzőit meghaladó sebesség elérése volt. Időközben, 1950 őszén a számítógép végre megkapta az első bank elektrosztatikus memóriát, amely lehetővé tette átfogó tesztelésének megkezdését. Megmutatták, hogy a memória továbbra is megbízhatatlan elem, és a maximális üzemidő nem haladja meg az 1 órát. 1951 márciusára a tárolócsöveket továbbfejlesztették, ami lehetővé tette a számítógép kielégítő működését és a gyakorlati problémák megoldásának megkezdését. 1952-ben megkísérelték a 256 bites csöveket továbbfejlesztett 1024 bites csövekre cserélni, de az új csövek ismét megbízhatatlannak bizonyultak, és további fejlesztést igényeltek. Ugyanakkor Papian ferritmagokkal végzett munkája nagyon jó eredményeket kezdett adni. Először egygyűrűs kísérletekkel kiválasztotta az optimális ferromágneses anyagokat, majd sikerült egy 2x2 gyűrűből álló működő tesztmátrixot készítenie, majd 1951 végén egy 16x16-os mátrixot teszteltek, amelynek kapacitása megegyezett egy gyűrű kapacitásával. memória CRT. 1952 májusában Papian elérte a mátrix elemeihez való hozzáférési időt, amely kevesebb mint 1 mikroszekundum volt. Júliusban a Forrester úgy döntött, hogy egy teljesen működőképes ferrit memóriabankot gyárt 1024 szó (16 db 32x32 mátrix) kapacitással. Mivel jelenleg a számítógép az ONR és az amerikai légierő feladataival volt megterhelve, úgy döntöttek, hogy egy speciális tesztszámítógépet (Memory Test Computer) építenek az új memória komplex tesztelésére. Ez a számítógép 1953 májusában készült el, és nyáron sikeresen tesztelték. Közvetlenül ezután két banknyi ferritmemória csatlakozott a Whirlwind I-hez, és ezt követően a számítógép végre elérte a tervezési paramétereit. Annak a ténynek köszönhetően, hogy a ferritmemória elérési ideje 9 µs-ra csökkent, szemben az elektrosztatikus memória 25 µs-ával, a számítógép sebessége közel kétszeresére nőtt. Ugyanakkor a számítógép megbízhatósága meredeken nőtt.
A fentebb leírtak szerint a számítógép 1951 márciusában-áprilisában vált teljes értékű működő eszközzé, és ettől a pillanattól indult meg a rendszeres működése, elsősorban egy próbalégvédelmi rendszer bevetésére, amelyet Cape Code Systemnek hívtak. E munkák elvégzésére 1951-ben egy új laboratóriumot, a Lincoln Laboratory-t hoztak létre az MIT-ben. A Cape Cod rendszeren végzett munka a következő cselekvési tervet foglalta magában:
Az első feladatot nagyon gyorsan megoldották - április végéig a Cape Code System háromszor is sikeresen biztosította a vadászgépet tesztcélponttal. Ugyanakkor megállapították, hogy a vadászgép képes volt 1000 m-nél kisebb távolságra célba juttatni. E munka során a Whirlwind csapat megalkotta a világ első grafikus kijelzőjét, amely vektorsorozatot jelenített meg a képernyőt, és lehetővé tette a tömbként megjelenített számok és betűk megjelenítését is egy 3x5-ös mátrixban. A grafikus kijelzőt fénytollal szerelték fel, amely lehetővé tette a kezelő számára, hogy közvetlenül jelezze a kívánt célpontot a képernyőn. A Whirlwind grafikus kijelzőnek két képernyője volt – az egyiket a kezelőnek szánták, a másik elé pedig számítógép által vezérelt kamerát szereltek fel. Ez lehetővé tette a kezelő számára, hogy szükség esetén nyomtatott másolatot készítsen a képernyőről. 1953 végén a Cape Cod rendszer akár 48 célpont egyidejű követését tette lehetővé.
A számítógépet a légierő érdekében végzett munka mellett tudományos és tudományos-alkalmazott jellegű számítási problémák megoldására is használták, amelyek az ONR-től és az MIT különböző laboratóriumaitól származtak. Évente átlagosan 100-150 ilyen problémát oldottak meg számítógépen.
1952-ben megkezdődtek egy új Whirlwind II számítógép kifejlesztése, ami az AN / FSQ-7 és az AN / FSQ-8 soros számítógépek létrehozásához vezetett, amelyek a SAGE ( Semi-Automatic Ground Environment ) levegő alapjává váltak. védelmi rendszer . A Whirlwind I-et hosszú ideig alkalmazták a Lincoln Laboratory által lebonyolított légvédelmi és légiforgalmi irányító rendszerek kísérleti fejlesztésében, és 1956-ig az ONR által finanszírozott feladatokat oldotta meg. A Whirlwind II és az arra épülő soros számítógépek AN / FSQ-7 / 8 létrehozása után azonban megszűnt a Whirlwind I iránti igény. 1959-ben úgy döntöttek, hogy további üzemeltetése nem célszerű, elsősorban a magas üzemeltetési költség miatt, és 1959. június 30-án lekapcsolták. Később bérbe adták a Wolf Research and Development Corporationnek, amelyet William Wolf , a Whirlwind projekt egyik korábbi tagja alapított. Ez a cég a számítógépet az irodájukba költöztette, üzembe helyezte és több évig használta feladataira. A munkálatok befejezése után a Whirlwind I-t 1964-ben végül leállították és leszerelték. Egyes alkatrészeit megőrizték és a Smithsonian Intézetnek adományozták .
A Whirlwind I számítógéphez kifejlesztett ferritmemória a számítógépek fő memóriatechnológiája lett két évtizedre, három generációs számítógépben használták, mígnem az 1970-es évek közepén felváltotta az integrált áramkörök statikus és dinamikus memóriája .
A Whirlwind számítógépen kidolgozott megoldások alapján megszületett a világ első automatizált légvédelmi rendszere, a SAGE , amely 24 regionális központból és egy parancsnoki központból állt. Ez a rendszer biztosította a különböző információforrásokból származó információk konvergenciáját és egységes taktikai kép kialakítását mind a regionális központok, mind a kontinentális szinten, majd a BOMARC elfogók és cirkáló rakéták célba vételét . Ez a rendszer az 1980-as évek elejéig sikeresen működött.
A Whirlwind I tervezésénél alkalmazott megoldások adták az alapját a PDP sorozat számítógépeinek , amelyeket a Digital Equipment Corporation (DEC) gyártott, amelyet 1957-ben alapított Kenneth Olsen , a Whirlwind projekt egyik résztvevője. A DEC PDP-8 és PDP-11 sorozatú számítógépek a személyi számítógépek megjelenése előtti korszak legnépszerűbb számítógépei lettek.