| Myrskytuuli | |
|---|---|
| Tyyppi | ilmapuolustustietokone _ |
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa | |
Whirlwind I on ensimmäisen sukupolven tietokone , joka on suunniteltu ja valmistettu Massachusetts Institute of Technologyn servolaboratoriossa .
| Vaihtoehdot | Sähköstaattinen muisti
(maaliskuusta 1951 lähtien) |
ferriittimuistilla
(lokakuussa 1953) |
|---|---|---|
| Datan bitin syvyys | 16 numeroa | |
| Komentobitin syvyys | 16 numeroa | |
| Numeroesitys | binäärimerkitty kiinteä piste | |
| päämuisti | ||
| Koko | 256 sanaa | 2048 sanaa |
| Kirjautumisaika | 25 µs | 9 µs |
| Magneettiset rummut | ||
| Kapasiteetti | Yksi rumpu 24576 sanalle | Kaksi rullaa 24576 sanalla |
| Kirjautumisaika | 16 ms | |
| Komennon suoritusaika | ||
| Ehdoton hyppy | 30 µs | 16 µs |
| Yhteen-/vähennyslasku | 49 µs | 24 µs |
| Kertominen | 61 µs | 40 µs |
| Division | 100 µs | 83 µs |
| I/O-laitteet | ||
| Nauha-asemat | 4 laitetta 75 000 sanalla | 5 laitetta 125 000 sanalla |
| Graafinen näyttö | Näytön koko 16 tuumaa
Resoluutio 2048x2048 pikseliä Lähtönopeus 6250 pistettä/s, 550 numeroa/s | |
| Tiiviste | Teletype Flexowriter (8 merkkiä/s) | 3 Flexowriteria (1 suora, 2 nauhaa)
(8 merkkiä/s) |
| Nauhasyöttö | ERA Reader, 140 riviä/s | Ferranti valosähköinen lukija, 200 riviä/s |
| Tulostus rei'itetylle nauhalle | Perforator Flexowriter (10 riviä/s) | |
| Jalanjälki | 307 neliötä metriä (3300 neliöjalkaa) | |
| Sähkönkulutus | 60 kW | |
| Komponenttien lukumäärä | 6800 tyhjiöputkea
22000 puolijohdediodia |
8616 tyhjiöputket
17823 puolijohdediodit |
Vuonna 1944 US Navy Special Devices Center (SDC) kehitti yleistä lentosimulaattoria, joka ei olisi rakenteellisesti sidottu tietyntyyppisten lentokoneiden ominaisuuksiin, mutta jonka avulla se voitaisiin virittää mihin tahansa tunnettuun lentokonemalliin ennen koulutusta. Osana tätä projektia SDC tilasi MIT Servomechanisms Laboratoryn kehittämään ASCA (Airplane Stability Control Analyzer) -laitteen, joka vastaisi lentokoneen käyttäytymisen simuloinnista simulaattorin ohjaamossa harjoittelijoiden toimiin. Servomechanisms Laboratoryn johtaja, professori Gordon Brown uskoi tämän työn ryhmälle, jota johti Jay R. Forrester, yksi hänen assistenteistaan. Forrester puolestaan toi Robert Everettin projektin tekniseksi johtajaksi.
Aluksi J. Forrester aikoi ratkaista ongelman käyttämällä sähkömekaanista analogista laitetta, joka laskee lentokoneen lentoradan reaaliajassa vasteena lentäjän toimiin. Kuitenkin noin vuoden kuluttua projektista Forrester tajusi, että analoginen laite oli liian monimutkainen ja joustamaton käsillä olevaan tehtävään. Suurelta osin tuolloin voimistuneen digitaalisen laskennan puomin vaikutuksesta hän päätti vuoden 1945 lopulla, että luotavan laitteen tulee perustua digitaaliseen tietokoneeseen, minkä jälkeen hänen ryhmänsä alkoi ensin opiskella digitaalisen tekniikan perusteita ja sitten tulevan tietokoneen suunnitteluun. Koska tehtävä vaati suuren määrän syöttöparametrien käsittelyä ja suuren määrän reaaliaikaisia laskelmia, Forrester nosti heti alusta lähtien tulevan tietokoneen rimaa erittäin korkealle sekä suorituskyvyn että luotettavuuden suhteen. Koska suunnittelun alkaessa ainoa toimiva elektroninen tietokone oli vasta käyttöön otettu ENIAC , kehitystiimin oli kehitettävä kaikki ratkaisut alusta alkaen. Forrester ja Everett päättivät varhain, että tietokone rakennettaisiin kahdessa vaiheessa – ensin rakennettaisiin pienempi tietokone (joka sai nimen Wilrlwind I) ja sitten, kun kaikki ratkaisut oli testattu, rakennettaisiin tehokkaampi tietokone. Kehitys tehtiin erittäin perusteellisesti, ja syyskuuhun 1947 mennessä tietokoneesta valmistettiin yksityiskohtainen suunnittelu (lähes piirikaavioiden tasolle). Aritmeettisen yksikön piiriratkaisujen testaamiseksi rakennettiin 5-bittinen binäärikerroin vuonna 1947, ja sen luotettavuus testattiin sitten pitkäaikaisella syklisellä testauksella. Alkuvuodesta 1948 solmittiin alihankintasopimus MIT:n ja Sylvania-yhtiön välillä, jolle uskottiin elektronisten komponenttien valmistus. Forrester suunnitteli vuonna 1947 seuraavan tietokoneen rakentamisjärjestyksen: ensin toteutetaan ja testataan aritmeettinen yksikkö, sitten ohjausyksikkö , sitten testimuisti ( kytkinpohjainen ROM ), perussyöttö-/tulostuslaitteet (teletyyppi, rei'itetty nauhalukija ja rei'itetty nauhatulostuslaite ), ja vasta aivan lopussa sen piti asentaa RAM . Tämän suunnitelman työt oli määrä saattaa päätökseen vuoden 1949 alussa.
Tietokonetoiminnot päätettiin tehdä rinnakkain, mikä tarjosi maksimaalisen suorituskyvyn monimutkaisemman kustannuksella. Monimutkaisuuden optimoimiseksi tietokone päätettiin tehdä binääriksi mahdollisimman pienellä bittisyvyydellä. 16 bittiä valittiin minimikäskykoon perusteella: toimintakoodille varattiin 5 bittiä, mikä mahdollisti 32 käskyn toteuttamisen, ja 11 bittiä operandin osoitteelle. Osoitettavissa oleva muistialue oli siis 2048 sanaa. Se, että 16-bittisten numeroiden tarkkuus oli pieni, ei haitannut kehittäjiä, he lähtivät siitä, että jos oli tarpeen saavuttaa suurempi tarkkuus, se voidaan tarjota ohjelmallisesti useilla peräkkäisillä toiminnoilla . Komentojärjestelmä oli unicast, kun komentoja suoritettiin, suoritettiin operaatioita akkurekisterin ja muistisolun välillä, toiminnon tulos sijoitettiin myös akkuun. Toiminnot oli suoritettava kiinteällä pisteellä , kun taas tietokone tarjosi täyden joukon 4 aritmeettista operaatiota sekä loogisen "AND"-operaation (sitä kutsuttiin "purkuksi" - poimimiseksi). Tietokoneen elementtipohjaksi valittiin tyhjiöputket parhaan suorituskyvyn varmistamisen perusteella . Kehittäjät ottivat tietokoneen luotettavuuden varmistamiseen liittyvän ongelman erittäin vakavasti, koska siihen on asennettu erittäin suuri määrä radioputkia, joilla on rajallinen käyttöikä. Maksimaalisen luotettavuuden varmistamiseksi he ovat kehittäneet erityisen järjestelmän suorituskyvyn rajojen tarkistamiseksi. Tätä varten he ottivat tietokoneeseen niin sanotun järjestelmän. rajatarkastus, joka perustuu valaisimien toimintapisteiden lohkokohtaiseen säätelyyn. Tämä järjestelmä mahdollisti tuomalla lamppujen toimintapisteet nimellisarvojen yläpuolelle, muttei kuitenkaan saattanut niitä lohkovian tasolle, tunnistaa lamput, jotka olivat rikkoontumisen partaalla. Samalla ne havaittiin sillä hetkellä, kun heillä oli vielä jonkin verran työresurssireserviä, mikä mahdollisti tämän toimenpiteen suorittamisen jälkeen useiden tuntien tietokoneen häiriöttömän toiminnan. Kuten monet muutkin ensimmäisen sukupolven tietokoneet, kaikki Whirlwind-tietokoneen lohkot toimivat tiukasti synkronisessa tilassa vastaanottaen kellopulsseja keskuskellogeneraattorilta . Tässä tapauksessa ALU käytti 2 MHz:n taajuutta ja loput laitteet kellotettiin 1 MHz:n puolitaajuisilla pulsseilla.
Koska Forrester asetti tulevalle tietokoneelle korkeat vaatimukset ja houkutteli projektiin merkittäviä henkilöresursseja, Whirlwind-projekti osoittautui erittäin kalliiksi. Sen käyttöönoton kustannukset olivat noin 150 000 dollaria kuukaudessa eli 1,8 miljoonaa dollaria vuodessa. Samanaikaisesti sodan päättymisen yhteydessä Yhdysvaltain hallitus vähensi jyrkästi sotilaallisten ohjelmien rahoitusta. Lisäksi sotilaslentäjien koulutustarve väheni jyrkästi, mikä johti yleisen lentosimulaattoriprojektin rajoittamiseen. Vuonna 1948 hanketta rahoitti Office of Naval Research (ONR), joka yleensä tuki tietokoneen luomisprojektia, mutta vaati sen merkittävää yksinkertaistamista ja kustannusten alentamista. ONR vaati tietokoneen käyttöä tieteellisissä laskelmissa, ja tästä näkökulmasta suorituskyky- ja luotettavuusvaatimuksia voitaisiin alentaa. Vertailun vuoksi mainittiin EDVAC -projekti , joka kehitettiin Moore School of the US Navyssa, myös ONR-budjetista rahoitettu, mutta joka oli paljon halvempi. Näiden yhteydessä Forrester etsi yhdessä MIT:n johdon kanssa aktiivisesti muita mahdollisia asiakkaita ja löysi heidät Yhdysvaltain ilmavoimien henkilöstä , jotka olivat huolissaan Yhdysvaltojen yhtenäisen ilmapuolustusjärjestelmän rakentamisen ongelmasta. Whirlwind-tietokoneen, osana tämän ongelman ratkaisua, piti yhdistää monilta tutkailta saadut tiedot ja muodostaa yksi taktinen kuva järjestelmän kattaman alueen rajoissa. Tämä tehtävä ratkaistiin ensin Charles-projektin puitteissa, ja sitten se sai Claude-projektin koodimerkinnän. Tämän seurauksena rahoitusongelma oli käytännössä ratkaistu vuoteen 1950 mennessä. Suurin osa rahoista tuli ilmavoimista, mutta myös ONR osallistui rahoitukseen ja odotti saavansa tietokoneaikaa tieteellisten ongelmien ratkaisemiseen.
Vuoden 1947 lopulla koottiin ja testattiin 5-bittinen kerroin, jolla testattiin menestyksekkäästi tulevan täysikokoisen aritmeettisen laitteen piiriratkaisuja ja testattiin rajatestausjärjestelmää. Testeissä oli mahdollista saavuttaa kertoimen jatkuva häiriötön toiminta 45 päivän ajan, mitä kehittäjät pitivät erittäin korkeana saavutuksena. Keväällä 1948 Sylvania alkoi toimittaa lohkoja tulevaan tietokoneeseen, ja Whirlwind-tiimi alkoi koota tietokonetta. Vuoden loppuun mennessä kaikki kaapit asennettu, teholähteet asennettu, ALU-yksiköt asennettu. Keväällä 1949 ohjauslaite asennettiin. Kesällä 1949 suoritettiin ALU:n testit, jotka osoittivat sen olevan täysin suunnitteluindikaattoreiden mukainen, mukaan lukien aikavälit ja luotettavuus. Oheislaitteet liitettiin tietokoneeseen syksyllä. Kunnes se oli täysin valmis, tietokoneesta puuttui vain tallennuslaite, jonka kehittäminen viivästyi merkittävästi. Siksi testaamiseen käytettiin testimuistia, joka koostui 32 "rekisteristä", joiden arvot asetettiin kytkimillä (itse asiassa ROM), sekä 5 flip-flopilla tehdystä muistirekisteristä. Kytkimien avulla oli mahdollista korvata mikä tahansa ROM-rekistereistä dynaamisella rekisterillä flip-flopeissa. Kun tätä muistia käytettiin koneessa vuoden 1949 lopulla, ensimmäiset testiongelmat ratkesivat. Myöhemmin, vakio-RAM-muistin asennuksen jälkeen, testimuistia käytettiin tietokoneen käynnistämiseen ulkoiselta tallennusvälineeltä.
Tietokoneen muistilaitteen valmistus viivästyi merkittävästi muihin toiminnallisiin yksiköihin verrattuna. Vuokaavioita kehitettäessä vuonna 1947 kehittäjät eivät vielä olleet selvillä, mitä tekniikkaa muistin rakentamiseen tulisi käyttää. Sitten esimerkiksi ajatusta kaasupurkauskennoihin perustuvasta muistista pohdittiin jonkin aikaa, mutta testaus osoitti sen turhuuden. Sitten tehtiin päätös rakentaa muistia varastoiviin katodisädeputkiin . Vuodesta 1948 lähtien ryhmälle annettiin ryhmä kehittämään muistikatodisädeputkia, jota johti Steven Dodd (Steven Dodd). Tämä ryhmä kehitti uudentyyppisen säilytysputken, joka erosi suunnittelultaan merkittävästi tuolloin tunnetuista Williams-putkista . Sen piti valmistaa putkia itse, ja tätä tarkoitusta varten laboratorioon järjestettiin erityinen työpaja Pat Youtzin johdolla. Servomechanisms Laboratoryssa kehitetyissä putkissa oli kaksi elektronipistoolia - yksi tiedon kirjoittamiseen ja lukemiseen ja toinen tiedon jatkuvaan regenerointiin käyttämällä matalaenergia-elektronivirtaa. Tiedot tallennettiin erityiseen kiillekohteeseen, jolle kerrostettiin mosaiikki sähköä johtavista soluista. Kehitettyjen putkien ominaisuus oli, että ne eivät vaatineet tallennetun tiedon säännöllistä regenerointia lukemalla jokainen solu ja sen myöhempi päällekirjoittaminen, kuten Williams-putkissa tehdään. Whirlwindin muistiputkissa regeneraatio tapahtui jatkuvasti hitaiden elektronien virran vaikutuksesta. Vakaan työmuistin CRT-kehitysprosessi kesti pitkään ja alkoi hidastaa koko tietokoneen valmistumista. Vuoden 1950 alussa tietokone oli täysin valmis, mutta siinä ei vielä ollut tallennuslaitetta. Vasta syksyllä 1950 valmistettiin ensimmäinen 256-sanaisen RAM-muistipankki (16 putkea, 256 bittiä). Nämä viiveet saivat Forresterin etsimään vaihtoehtoisia tapoja tallentaa tietoja. Kesäkuussa 1949 hän alkoi kokeilla ferriittirenkaita ja sai mielenkiintoisia tuloksia. Saman vuoden syksyllä hän käski laborantti William N. Papianin jatkamaan näitä kokeita. Päätehtävänä oli saada nopeus, joka ylittää sähköstaattisen muistin ominaisuudet. Sillä välin, syksyllä 1950, tietokone sai vihdoin ensimmäisen sähköstaattisen muistipankin, joka mahdollisti sen kattavien testien aloittamisen. He osoittivat, että muisti on edelleen epäluotettava elementti, ja enimmäiskäyttöaika on enintään 1 tunti. Maaliskuuhun 1951 mennessä säilytysputkia parannettiin, mikä mahdollisti tietokoneen tyydyttävän toiminnan ja käytännön ongelmien ratkaisemisen. Vuonna 1952 256-bittiset putket yritettiin korvata parannetuilla 1024-bittisillä putkilla, mutta uudet putket osoittautuivat jälleen epäluotettavaksi ja vaativat lisäparannuksia. Samaan aikaan Papianin työ ferriittiytimillä alkoi tuottaa erittäin hyviä tuloksia. Ensin hän valitsi optimaaliset ferromagneettiset materiaalit kokeilemalla yksittäisiä renkaita, sitten hän onnistui tekemään toimivan 2x2 renkaan testimatriisin, ja vuoden 1951 lopussa testattiin 16x16 matriisia, jonka kapasiteetti oli yhtä suuri kuin renkaan kapasiteetti. muisti CRT. Toukokuussa 1952 Papian saavutti pääsyn tämän matriisin elementteihin alle 1 mikrosekunnin. Heinäkuussa Forrester teki päätöksen valmistaa täysin toimiva ferriittimuistipankki, jonka kapasiteetti on 1024 sanaa (16 32x32 matriisia). Koska tietokone oli tällä hetkellä raskaasti kuormitettu ONR:n ja Yhdysvaltain ilmavoimien tehtävillä, päätettiin rakentaa erityinen testitietokone (Memory Test Computer) uuden muistin monimutkaista testausta varten. Tämä tietokone valmistui toukokuussa 1953 ja sitä testattiin onnistuneesti kesällä. Välittömästi sen jälkeen Whirlwind I:een liitettiin kaksi ferriittimuistipankkia ja sen jälkeen tietokone saavutti vihdoin suunnitteluparametrinsa. Koska ferriittimuistin käyttöaika on laskenut 9 µs:iin verrattuna sähköstaattisen muistin 25 µs:iin, tietokoneen nopeus on kasvanut lähes 2-kertaiseksi. Samaan aikaan tietokoneen luotettavuus on kasvanut jyrkästi.
Kuten edellä on kuvattu, tietokoneesta tuli täysimittainen työlaite maalis-huhtikuussa 1951, ja siitä hetkestä lähtien sen säännöllinen toiminta alkoi ensisijaisesti koeilmapuolustusjärjestelmän, jota kutsuttiin Cape Code Systemiksi, käyttöönottoa varten. Näiden töiden suorittamiseksi vuonna 1951 MIT:iin perustettiin uusi laboratorio, Lincoln Laboratory. Cape Codin järjestelmää koskeva työ sisälsi seuraavan toimintasuunnitelman:
Ensimmäinen tehtävä ratkesi erittäin nopeasti - huhtikuun loppuun mennessä Cape Code System toimitti hävittäjälle testikohteen onnistuneesti kolme kertaa. Samalla todettiin, että hävittäjä pystyi tuomaan kohteeseen alle 1000 m. Tämän työn aikana Whirlwind-tiimi loi maailman ensimmäisen graafisen näytön, joka näytti vektoreiden sarjan näytölle ja mahdollisti myös taulukoina esitettyjen numeroiden ja kirjainten näyttämisen 3x5-matriisissa. Graafinen näyttö oli varustettu valokynällä, jonka avulla käyttäjä pystyi osoittamaan halutun kohteen suoraan näytölle. Whirlwind-graafisessa näytössä oli kaksi näyttöä - toinen oli tarkoitettu operaattorille, ja toisen eteen oli asennettu tietokoneohjattu kamera. Tämän ansiosta käyttäjä pystyi tarvittaessa tekemään paperikopion näytöstä. Vuoden 1953 lopulla Cape Codin järjestelmä salli jopa 48 kohteen jäljittämisen samanaikaisesti.
Ilmavoimien edun mukaisen työskentelyn lisäksi tietokonetta käytettiin myös ONR:ltä ja MIT:n eri laboratorioista tulevien tieteellisten ja tieteellisesti sovellettavien laskentaongelmien ratkaisemiseen. Keskimäärin 100-150 tällaista ongelmaa ratkaistiin vuodessa tietokoneella.
Vuonna 1952 aloitettiin työ uuden Whirlwind II -tietokoneen kehittämiseksi, mikä johti sarjatietokoneiden AN / FSQ-7 ja AN / FSQ-8 luomiseen, joista tuli SAGE ( Semi-Automatic Ground Environment ) -ilman perusta. puolustusjärjestelmä . Whirlwind I:tä käytettiin pitkään Lincoln Laboratoryn tekemässä ilmapuolustus- ja lennonjohtojärjestelmien kokeellisessa kehittämisessä, ja vuoteen 1956 asti se ratkaisi ONR:n rahoittamia tehtäviä. Whirlwind II:n ja siihen perustuvien sarjatietokoneiden AN / FSQ-7 / 8 luomisen jälkeen Whirlwind I:n tarve kuitenkin katosi. Vuonna 1959 päätettiin, että sen jatkokäyttö ei ollut tarkoituksenmukaista lähinnä korkeiden käyttökustannusten vuoksi, ja 30.6.1959 se sammutettiin. Myöhemmin se vuokrattiin Wolf Research and Development Corporationille, jonka perusti William Wolf , yksi Whirlwind-projektin entisistä jäsenistä. Tämä yritys siirsi tietokoneen toimistoonsa, otti sen käyttöön ja käytti sitä useiden vuosien ajan tehtäviinsä. Näiden töiden valmistuttua Whirlwind I lopulta suljettiin ja purettiin vuonna 1964. Jotkut sen osista säilytettiin ja lahjoitettiin Smithsonian Institutionille .
Whirlwind I -tietokonetta varten kehitetystä ferriittimuistista tuli tietokoneiden päämuistitekniikka kahdeksi vuosikymmeneksi, sitä käytettiin kolmen sukupolven tietokoneissa, kunnes se syrjäytettiin 1970-luvun puolivälissä integroitujen piirien staattisella ja dynaamisella muistilla .
Whirlwind-tietokoneella kehitettyjen ratkaisujen pohjalta luotiin maailman ensimmäinen automaattinen ilmapuolustusjärjestelmä SAGE , joka sisälsi 24 aluekeskusta ja komentokeskuksen. Tämä järjestelmä varmisti eri tietolähteistä saatavien tietojen lähentymisen ja yhden taktisen kuvan rakentamisen sekä aluekeskusten että mannertason tasolla, mitä seurasi BOMARC -torjuntahävittäjien ja risteilyohjusten kohdistaminen . Tämä järjestelmä toimi menestyksekkäästi 1980-luvun alkuun saakka.
Whirlwind I:n suunnittelussa käytetyt ratkaisut muodostivat myöhemmin perustan PDP -linjan tietokoneille, joita valmistaa Digital Equipment Corporation (DEC), jonka vuonna 1957 perusti Kenneth Olsen , yksi Whirlwind-projektiin osallistuneista. DEC PDP-8- ja PDP-11- sarjan tietokoneista tuli suosituimpia tietokoneita aikakaudella ennen henkilökohtaisten tietokoneiden tuloa.