dOC

RELEJMAŠĪNAS

Šā gadsimta 30. gadu sākumā vēl tika veidoti liela izmēra elektromehāniskie skaitļotāji. Kaut arī visi skaitļotāji rēķina, tomēr izšķir divus to veidus: analogās skaitļojamās mašīnas un ciparu skaitļojamajās mašīnas. Analogo skaitļotāju darbs saistīts ar nepārtrauktiem fizikālo lielumu mērījumiem, atmosfēras spiediena, temperatūras u. c. mērījumiem, bet ciparu skaitļotāja darbs – ar skaitīšanu.

Piemērs analogajai skaitļošanas mašīnai ir spidometrs. Tas, mērot riteņu griešanās ātrumu, pārrēķina un uz savas skalas parāda automašīnas pārvietošanās ātrumu – nobrauktos kilometrus stundā.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Pirmo analogo skaitļotāju 1930. gadā izveidoja amerikānis Vannevers Bušs. Tāpēc daudzi uzskata, ka V. Bušs un nevis Č. Bebidžs ir īstais datoru “tēvs”. V. Buša mašīna spēja ātri atrisināt sarežģītus matemātiskus uzdevumus. Tā strādāja, izmantojot elektrisko strāvu, bet informācijas glabāšanai tika izmantotas elektriskās lampas, līdzīgas tām, ko lietoja tā laika radioaparātos.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Tomēr V. Buša skaitļotājs sastāvēja no ļoti daudzām detaļām, kas visas kopā aizņēma lielu zāli. Nav grūti iedomāties, ka tāds skaitļotājs svēra ļoti daudz. Pat vēlāk (1942. gadā) izveidotais modelis svēra 200 tonnu.

Mūsdienās analogos skaitļotājus galvenokārt izmanto, lai risinātu zinātniski tehniskas problēmas.

Šā gadsimta 30. gadu beigās parādījās elektronu skaitļojamo mašīnu pirmie projekti.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


1937. gadā ASV Aiovas štata universitātē profesors Džons Vincents Atanasovs (pēc izcelsmes bulgārs) sāka darbu pie elektronu skaitļojamās mašīnas (ESM) radīšanas. Mašīna bija paredzēta dažu matemātiskās fizikas uzdevumu risināšanai.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Dž. Atanasovs izstrādāja un saņēma patentu par elektronu shēmām, kuras izmantoja ESM iekārtu radīšanā. Kopā ar savu aspirantu Klifordu Beriju viņi izveidoja šauri orientētu elektronisku skaitļotāju, ko nosauca par ABC (Atanasoff–Berry Computer).

Par automātiskās skaitļojamās mašīnas pirmo izveidotāju tiek uzskatīts vācu zinātnieks un inženieris Konrāds Cuze (K. Zuze).
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Darbus viņš sāka 1933. gadā, bet 1936. gadā izgatavoja mehāniskās skaitļošanas mašīnas modeli, kurā izmanto bināro skaitīšanas sistēmu, skaitļu attēlošanu ar peldošo komatu, programmēšanu trīsadrešu sistēmām, perfokartes. Nosacītā pāreja programmēšanā netiek paredzēta.

Par elementu bāzi K. Cuze izmantoja relejus, kuri tajā laikā tika izmantoti daudzās tehnikas nozarēs.

1938. gadā K. Cuze izgatavoja mašīnas modeli Z-1, gadu vēlāk – modeli Z-2, bet vēl pēc diviem gadiem – 1941. gadā – beidza darbu pie savas universālās mašīnas trešā modeļa Z-3. Mašīnas darbības pamatā bija elektromagnētiskie releji. Mašīna izpildīja 8 komandas, tai skaitā 4 aritmētiskas darbības un kvadrātsaknes izvilkšanu. Mašīna sastāvēja no 2600 relejiem.

Šī mašīna tika demonstrēta Vācijas Aviācijas zinātniski pētnieciskajā centrā. Mašīnas atmiņā varēja novietot 64 skaitļus (22 zīmju) ar peldošo komatu (7 vietas – kārtai, 15 – mantisai).

Datus ievadīja ar klaviatūras palīdzību, kur skaitļi doti decimālajā sistēmā. Ir paredzēts ciparu izvads, kā arī automātiska decimālās sistēmas skaitļu pārveidošana binārajā sistēmā un otrādi. Programma, kas nodrošina mašīnas darbību, tika ievadīta ar divceliņu perfolentes palīdzību.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Modeļa Z-3 darbības ātrums: saskaitīšana – 0,3 sekundes, reizināšana – 4,5 sekundes. Visi šie mašīnu modeļi tika iznīcināti Otrā pasaules kara laikā bombardēšanā. Pēc kara K. Cuze izveidoja modeļus Z-4 un Z-5.

1945. gadā K. Cuze izveidoja valodu Plankalkül (plānu izskaitļošana), kuru var attiecināt uz algoritmisko valodu agrīnajām formām.

Neatkarīgi no K. Cuzes pie releju automātisku skaitļošanas mašīnu izveides ASV strādāja Džordžs Štibics un S.Viljamss.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Dž. Štibics, kurš strādāja firmā Bell, uz telefonu relejiem samontēja pirmās summējošās shēmas. 1940. gadā Dž. Štibics kopā ar S. Viljamsu izveidoja “komplekso skaitļotāju” (Complex Calculator) jeb releju interpretatoru, kas vēlāk kļuva pazīstams kā specializētais releju dators “Bell – modelis 1”. Mašīnu demonstrēja amerikāņu matemātiķu biedrības sēdē tajā pašā gadā. Demonstrācijas laikā mašīna ievadīja divus kompleksus skaitļus, ko saņēma pa telegrāfu, un ieguva šo skaitļu reizinājumu, kuru savukārt attēloja uz telegrāfa drukas iekārtas, kas atradās sēžu zālē. Izveidotais skaitļotājs maksāja 50 000 dolāru.

Turpmākajos gados tika izveidoti vēl četri šīs mašīnas modeļi. Pēdējais modelis (5.) tika izgatavots 1946. gadā. Šī mašīna bija vispārējas nozīmes dators, kurš sastāvēja no 9000 relejiem, aizņēma 90 m2 lielu platību un svēra 10 tonnu. Saskaitīšanas operācija uz šīs mašīnas ilga 0,3 sekundes, bet reizināšana – 1 sekundi. Datu ievadam tika izmantota perfolente, izvadam – standarta teletaipa iekārta.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Citu ideju releju skaitļotājam 1937. gadā izvirzīja Hārvarda universitātes aspirants fiziķis H. Aikens, kurš veidoja mašīnu Mark. Par viņa ideju ieinteresējās firma IBM.

Īpaši interese pēc ātriem un precīziem aprēķiniem pieauga Otrā pasaules kara laikā (1939–1945). Kādiem mērķiem bija nepieciešami skaitļotāji karotājiem? Pirmām kārtām, lai risinātu ballistikas (zinātnes par artilērijas šāviņu lidojuma trajektoriju) uzdevumus. Lai tos atrisinātu, bija jāņem vērā daudzi faktori. Cik tālu ir mērķis? Kāda veida lādiņi tiek izmantoti? Kāds ir gaisa blīvums dotajā brīdī, kas jāpārvar lādiņam lidojuma laikā? Kā jānotēmē lādiņš, lai iznīcinātu doto objektu? Pat gaisa temperatūra un augsnes blīvums, uz kuras atrodas ierocis, būtiski ietekmē šāviena precizitāti.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Lai paaugstinātu šāviena precizitāti, tika lietotas iepriekš sagatavotas ta-bulas, kuras tika dēvētas par uguns virzīšanas tabulām. Šādu tabulu izveidošana ir ļoti darbietilpīga. Pat tad, ja armijā vairāk nekā simts cilvēku nodarbotos ar šādu tabulu izskaitļošanu, vienas tabulas sastādīšanai būtu nepieciešami vairāk nekā divi mēneši. Lai paātrinātu un precizētu šo darbu, tika veidota skaitļojamā mašīna Mark–1.

1939. gadā sākās mašīnas projektēšana un izgatavošana. Darbs pie šīs mašīnas, kuru vēlāk nosauca par Mark–1, turpinājās 5 gadus.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Konstrukcijas pamatā bija mehāniskie divpozīciju slēdži releji, kuri mehāniski saslēdzas un atslēdzas līdzīgi vecajiem telegrāfa slēdžiem. Arī pārējās mašīnā izmantojamās detaļas – skaitītāji, drukas mehānismi, iekārtas perfokaršu ievadam un perforācijas iekārtas – bija tajā laikā firmas IBM ražoto tabulatoru standartdaļas.
Uzklikšķinot uz attēla, to var aplūkot palielinātu


Tāpat kā Č. Bebidža analītiskajā mašīnā, arī mašīnā Mark-1 skaitļi tika glabāti reģistros, kas sastāvēja no decimālo skaitļu riteņiem. Tādu reģistru bija 72. Bez tiem mašīnai vēl bija 60 papildu reģistri, kur ar roku varēja ievadīt skaitļus pirms skaitļošanas sākšanas. Taču šiem skaitļiem bija jāpaliek nemainīgiem. Mašīnu vadīja ar speciālu programmu, kuru uzdod ar 24 celiņu perfolentes palīdzību. Jauns elements – zobrats, kurš, pārtinot lenti, nodrošina mašīnas vadību. Taču kā jebkura mehāniska iekārta, Mark–1 nav ar tādu ātrdarbību, lai nodrošinātu kvalitatīvu lēcienu skaitļošanas tehnoloģijā. Šī mašīna, strādājot ar 23 zīmju decimāliem skaitļiem, saskaitīšanu izpilda 0,3 sekundēs, bet reizināšanu – 3 sekundēs.

Mašīnas trūkums – netika paredzētas nosacītās pārejas komandas. Tomēr savu dzīvotspēju mašīna pierādīja 15 nepārtraukta darba gados.

Tūlīt pēc pirmās mašīnas izveidošanas Hārvarda grupa H. Aikena vadībā sāka darbu pie mašīnas Mark–2, kurā par atmiņas iekārtu skaitļiem kalpoja elektromehāniskie releji. Tā kā relejiem raksturīgi divi stabili stāvokļi, bet doma atteikties no desmitnieku sistēmas konstruktoriem vēl nebija ienākusi prātā, tad skaitļi mašīnā tika pierakstīti jauktā divnieku un desmitnieku sistēmā, proti – katrs decimālās sistēmas cipars tika izteikts divnieku sistēmā un glabājās grupā, kas sastāvēja no 4 relejiem. 1947. gadā izgatavotā mašīna Mark–2 sastāvēja no 13 000 tādu releju.

Viena no vispilnīgākajām releju mašīnām bija padomju releju skaitļojamā mašīna PBM–1, ko piecdesmito gadu sākumā konstruēja inženieris Nikolajs Besonovs (1906–1963). Mašīna tika izgatavota 1956. gadā. Tā sastāvēja no 5,5 tūkstošiem releju. Mašīnas ātrdarbība bija 50 saskaitīšanas vai 20 reizināšanas operāciju 1 sekundē. Tādu ievērojamu ātrdarbības palielinājumu Besonovam izdevās iegūt, pateicoties viņa paša izgudrotajam aritmētisko operāciju izpildes kaskādes principam. Tālākā tehniskā pilnveidošana tik tālu uzlaboja mašīnas drošumu un eksplutācijas kvalitāti, ka šī mašīna strādāja līdz 1965. gadam un konkurēja ar jau strādājošo ESM.

PBM–1 izmantošana izrādījās samērā izdevīga ekonomiska rakstura uzdevumos, kad jāapstrādā ļoti lieli informācijas masīvi, kuros ir samērā neliels skaits izskaitļošanas operāciju. Tālab šīs mašīnas plaši tika izmantotas 1961.–1962. gadā (pēc naudas maiņas) jauno cenu izskaitļošanai.

Sakarā ar veselu virkni trūkumu, releju mašīnas eksistēja neilgi. Galvenie trūkumi: 1) nebija atmiņā glabājamas programmas, varēja izmantot tikai operatīvās atmiņas nelielās iespējas; 2) mašīna darbu veica samērā lēni, ko noteica elektromehānisko pārslēdzēju zemais ātrdarbīgums. Tomēr, neraugoties uz to, releju mašīnas skaitļošanas vēsturē ieņem goda vietu starp pirmajām skaitļošanas mašīnām ar programmas vadību.