| Torbellino | |
|---|---|
| Tipo de | computadora de defensa aérea |
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El Whirlwind I es una computadora de primera generación diseñada y construida en el Laboratorio Servo del Instituto Tecnológico de Massachusetts .
| Opciones | Con memoria electrostática
(a partir de marzo de 1951) |
con memoria de ferrita
(a partir de octubre de 1953) |
|---|---|---|
| Profundidad de bits de datos | 16 dígitos | |
| Profundidad de bits de comando | 16 dígitos | |
| Representación de números | punto fijo con signo binario | |
| memoria principal | ||
| El tamaño | 256 palabras | 2048 palabras |
| Tiempo de acceso | 25 µs | 9 µs |
| Tambores magnéticos | ||
| Capacidad | Un tambor para 24576 palabras | Dos carretes con 24576 palabras |
| Tiempo de acceso | 16 ms | |
| Tiempo de ejecución del comando | ||
| Salto incondicional | 30 µs | 16 µs |
| Suma resta | 49 µs | 24 µs |
| Multiplicación | 61 µs | 40 µs |
| División | 100 µs | 83 µs |
| dispositivos de E/S | ||
| unidades de cinta | 4 dispositivos de 75.000 palabras | 5 dispositivos de 125.000 palabras |
| Pantalla gráfica | Tamaño de pantalla 16 pulgadas
Resolución 2048x2048 píxeles Velocidad de salida 6250 puntos/seg, 550 dígitos/seg | |
| Sello | Teletipo Flexowriter (8 caracteres/seg) | 3 Flexowriters (1 directo, 2 de cinta)
(8 caracteres/seg) |
| entrada de cinta | Lector ERA, 140 líneas/seg. | Lector fotoeléctrico Ferranti, 200 líneas/s |
| Salida a cinta perforada | Perforator Flexowriter (10 líneas/seg) | |
| Huella | 307 metros cuadrados metros (3300 pies cuadrados) | |
| Consumo de electricidad | 60 kilovatios | |
| Número de componentes | 6800 tubos de vacío
22000 diodos semiconductores |
8616 tubos de vacío
17823 diodos semiconductores |
En 1944, el Centro de Dispositivos Especiales (SDC, por sus siglas en inglés) de la Marina de los EE . UU. estaba desarrollando un simulador de vuelo universal que no estaría vinculado estructuralmente a las características de un tipo particular de aeronave, pero permitiría ajustarlo a cualquier modelo de aeronave conocido antes del entrenamiento. Como parte de este proyecto, SDC encargó al Laboratorio de Servomecanismos del MIT el desarrollo de un dispositivo Analizador de Control de Estabilidad de Aeronaves (ASCA) que se encargaría de simular el comportamiento de una aeronave en respuesta a las acciones de un aprendiz en la cabina del simulador. El jefe del Laboratorio de Servomecanismos, el profesor Gordon Brown, encargó este trabajo a un grupo liderado por Jay R. Forrester, uno de sus asistentes. Forrester, a su vez, contrató a Robert Everett como líder técnico del proyecto.
Inicialmente, J. Forrester pretendía resolver el problema utilizando un dispositivo analógico electromecánico que calculara la trayectoria de la aeronave en tiempo real en respuesta a las acciones del piloto. Sin embargo, aproximadamente un año después de iniciado el proyecto, Forrester se dio cuenta de que el dispositivo analógico era demasiado complejo e inflexible para la tarea que tenía entre manos. En gran parte bajo la influencia del auge de la computación digital que entonces estaba cobrando impulso, decidió a fines de 1945 que el dispositivo que se estaba creando debería estar basado en una computadora digital, después de lo cual su grupo comenzó primero a estudiar los conceptos básicos de la tecnología digital y luego a diseñar la computadora del futuro. Dado que la tarea requería el procesamiento de una gran cantidad de parámetros de entrada y una gran cantidad de cálculos en tiempo real, Forrester desde el principio elevó el listón para la computadora del futuro muy alto, tanto en términos de rendimiento como de confiabilidad. Dado que en el momento en que comenzó el diseño, la única computadora electrónica operativa era la ENIAC recién puesta en servicio , el equipo de desarrollo tuvo que desarrollar todas las soluciones desde cero. Forrester y Everett decidieron desde el principio que la computadora se construiría en dos fases: primero se construiría una computadora más pequeña (que se llamó Wilrlwind I) y luego, después de probar todas las soluciones, se construiría una computadora más potente. El desarrollo se llevó a cabo muy a fondo y, en septiembre de 1947, se preparó un diseño detallado de la computadora (casi al nivel de los diagramas de circuitos). Para probar soluciones de circuito para una unidad aritmética , se construyó un multiplicador binario de 5 bits en 1947, que luego se sometió a pruebas cíclicas a largo plazo para verificar su confiabilidad. A principios de 1948 se firmó un subcontrato entre el MIT y la empresa Sylvania, a la que se le encomendó la fabricación de componentes electrónicos. Forrester en 1947 planeó el siguiente orden de construcción de una computadora: primero se implementa y prueba la unidad aritmética, luego la unidad de control , luego la memoria de prueba ( ROM basada en conmutador ), dispositivos básicos de entrada/salida (teletipo, lector de cinta perforada y dispositivo de salida de cinta ), y solo al final se suponía que instalaría RAM . La finalización del trabajo en este plan estaba programada para principios de 1949.
Se decidió hacer que las operaciones de la computadora fueran bit-paralelas, lo que proporcionaba el máximo rendimiento a costa de una mayor complejidad. Para optimizar la complejidad, se decidió hacer que la computadora fuera binaria con la menor profundidad de bits posible. Se eligieron 16 bits en función del tamaño mínimo de instrucción: se asignaron 5 bits para el código de operación, lo que permitió implementar 32 instrucciones, y 11 bits para la dirección del operando. Por tanto, el área de memoria direccionable era de 2048 palabras. El hecho de que la precisión de los números de 16 bits fuera pequeña no molestó a los desarrolladores, procedían del hecho de que si era necesario lograr una mayor precisión, se podía proporcionar mediante programación con varias operaciones secuenciales . El sistema de comando era unicast, cuando se ejecutaban los comandos se realizaban operaciones entre el registro del acumulador y la celda de memoria, el resultado de la operación también se colocaba en el acumulador. Las operaciones debían realizarse con un punto fijo , mientras que la computadora proporcionaba un conjunto completo de 4 operaciones aritméticas, así como una operación lógica "Y" (se llamaba "extracción" - extracción). Como elemento base del ordenador, partiendo de la tarea de garantizar el máximo rendimiento, se escogieron las válvulas de vacío . Los desarrolladores se tomaron muy en serio el problema de garantizar la confiabilidad de la computadora, en función de la gran cantidad de tubos de radio instalados en ella, que tienen una vida útil finita. Para garantizar la máxima fiabilidad, han desarrollado un sistema especial para comprobar los límites de rendimiento. Con este fin, introdujeron el llamado sistema en la computadora. verificación de límites basada en la regulación bloque por bloque de los puntos de operación de las lámparas. Este sistema permitió, al llevar los puntos de funcionamiento de las lámparas más allá de los valores nominales, pero sin llevarlos al nivel de falla de bloque, identificar las lámparas que estaban al borde de la falla. Al mismo tiempo, se detectaron en el momento en que todavía tenían alguna reserva de recurso de trabajo, lo que permitió, después de realizar este procedimiento, contar con varias horas de funcionamiento sin problemas de la computadora. Como muchas otras computadoras de la primera generación, todos los bloques de la computadora Whirlwind funcionaban en un modo muy sincronizado, recibiendo pulsos de reloj de un generador de reloj central . En este caso, la ALU utilizó una frecuencia de 2 MHz, y el resto de los dispositivos fueron sincronizados con pulsos de media frecuencia de 1 MHz.
Dado que Forrester estableció altos requisitos para la futura computadora y atrajo importantes recursos humanos al proyecto, el proyecto Whirlwind resultó ser muy costoso. El costo de su implementación fue de aproximadamente $150,000 por mes, o $1.8 millones por año. Al mismo tiempo, en relación con el final de la guerra, el gobierno de los EE. UU. redujo drásticamente la financiación de los programas militares. Además, la necesidad de entrenar pilotos militares se redujo drásticamente, lo que llevó a la reducción del proyecto del simulador de vuelo universal. En 1948, el proyecto fue financiado por la Oficina de Investigaciones Navales (ONR), que generalmente apoyó el proyecto para crear una computadora, pero insistió en su importante simplificación y reducción de costos. La ONR insistió en usar una computadora para los cálculos científicos y, desde este punto de vista, los requisitos de rendimiento y confiabilidad podrían reducirse. Como comparación, se citó el proyecto EDVAC , que se desarrolló en la Escuela Moore de la Marina de los EE. UU., financiado también con el presupuesto de la ONR, pero que era mucho menos costoso. En relación con estos, Forrester, junto con el liderazgo del MIT, buscó activamente otros posibles clientes y los encontró en la persona de la Fuerza Aérea de los EE. UU. , que estaba preocupada por el problema de construir un sistema unificado de defensa aérea de los EE. UU. Se suponía que la computadora Whirlwind, como parte de la solución de este problema, combinaría los datos recibidos de muchos radares y formaría una sola imagen táctica dentro de los límites de la región cubierta por el sistema. Esta tarea se resolvió primero en el marco del proyecto Charles y luego recibió la designación de código del proyecto Claude. Como resultado, para 1950 el problema del financiamiento estaba prácticamente resuelto. La mayor parte del dinero provino de la Fuerza Aérea, pero la ONR también participó en la financiación y esperaba obtener algo de tiempo de computadora para resolver problemas científicos.
A fines de 1947, se ensambló y probó un multiplicador de 5 bits, en el que se probaron con éxito las soluciones de circuito del futuro dispositivo aritmético de tamaño completo y se probó el sistema de prueba de límites. En las pruebas, fue posible lograr un funcionamiento continuo y sin problemas del multiplicador durante 45 días, lo que los desarrolladores consideraron un logro muy alto. En la primavera de 1948, Sylvania comenzó a suministrar bloques para la futura computadora y el equipo de Whirlwind comenzó a ensamblar la computadora. Al final del año, se instalaron todos los gabinetes, se instalaron las fuentes de alimentación, se instalaron las unidades ALU. En la primavera de 1949, se montó el dispositivo de control. En el verano de 1949, se llevaron a cabo pruebas de la ALU, que mostraron su pleno cumplimiento de los indicadores de diseño, incluidos los intervalos de tiempo y la confiabilidad. Los dispositivos periféricos se conectaron a la computadora en otoño. Hasta que estuvo completamente lista, la computadora solo carecía de un dispositivo de almacenamiento, cuyo desarrollo se retrasó significativamente. Por lo tanto, para la prueba, se utilizó una memoria de prueba, que constaba de 32 "registros", cuyos valores se establecieron mediante interruptores (de hecho, ROM), así como 5 registros de memoria realizados en flip-flops. Con la ayuda de interruptores, fue posible reemplazar cualquiera de los registros de la ROM con un registro dinámico en flip-flops. Con el uso de esta memoria en la máquina a fines de 1949, se resolvieron los primeros problemas de prueba. Más tarde, después de instalar la RAM estándar, la memoria de prueba se usó para arrancar la computadora desde un medio externo.
La fabricación del dispositivo de memoria para la computadora se retrasó significativamente en comparación con otras unidades funcionales. En el momento del desarrollo de los diagramas de flujo en 1947, los desarrolladores aún no tenían claro qué tecnología usar para crear memoria. Luego, por ejemplo, la idea de la memoria basada en celdas de descarga de gas se consideró durante algún tiempo, pero las pruebas demostraron su futilidad. Entonces se tomó la decisión de construir una memoria basada en tubos de rayos catódicos de almacenamiento . A partir de 1948, al equipo se le asignó un grupo para desarrollar tubos de rayos catódicos con memoria, dirigido por Steven Dodd (Steven Dodd). Este grupo desarrolló un nuevo tipo de tubo de almacenamiento, que difería significativamente en diseño de los tubos Williams conocidos en ese momento . Se suponía que debía hacer tubos por sí solo, y para este propósito se organizó un taller especial en el laboratorio bajo la dirección de Pat Youtz. Los tubos desarrollados en el Laboratorio de Servomecanismos tenían dos cañones de electrones, uno para escribir y leer información y el otro para regenerar información constantemente utilizando una corriente de electrones de baja energía. La información se registró en un objetivo especial de mica, en el que se depositó un mosaico de células conductoras de electricidad. Una característica de los tubos desarrollados fue que no requerían una regeneración periódica de la información registrada mediante la lectura de cada celda con su subsiguiente sobreescritura, como se hace en los tubos de Williams. En los tubos de memoria Whirlwind, la regeneración se producía continuamente bajo la influencia de una corriente de electrones lentos. El proceso de desarrollo de CRT con memoria de trabajo estable se prolongó durante mucho tiempo y comenzó a ralentizar la finalización de la computadora en su conjunto. A principios de 1950, la computadora estaba completamente lista, pero aún no tenía un dispositivo de almacenamiento. Solo en el otoño de 1950 se fabricó el primer banco de RAM de 256 palabras (16 tubos de 256 bits). Estos retrasos llevaron a Forrester a buscar formas alternativas de almacenar información. En junio de 1949 comenzó a experimentar con anillos de ferrita y obtuvo resultados interesantes. En el otoño del mismo año, instruyó al asistente de laboratorio William N. Papian para que continuara con estos experimentos. La tarea principal era obtener una velocidad que supere las características de la memoria electrostática. Mientras tanto, en el otoño de 1950, la computadora finalmente recibió el primer banco de memoria electrostática, lo que hizo posible comenzar sus pruebas exhaustivas. Demostraron que la memoria sigue siendo un elemento poco confiable y que el tiempo de actividad máximo no es más de 1 hora. Para marzo de 1951 se mejoraron los tubos de almacenamiento, lo que permitió lograr un funcionamiento satisfactorio de la computadora y comenzar a resolver problemas prácticos en ella. En 1952, se intentó reemplazar los tubos de 256 bits con tubos mejorados de 1024 bits, pero los nuevos tubos demostraron nuevamente ser poco confiables y requerían mejoras adicionales. Al mismo tiempo, el trabajo de Papian con núcleos de ferrita comenzó a dar muy buenos resultados. Primero, seleccionó los materiales ferromagnéticos óptimos, experimentando con anillos individuales, luego logró hacer una matriz de prueba de trabajo de 2x2 anillos, y a fines de 1951, se probó una matriz de 16x16, que tenía una capacidad igual a la capacidad de un TRC de memoria. En mayo de 1952, Papian logró un tiempo de acceso a los elementos de esta matriz de menos de 1 microsegundo. En julio, Forrester tomó la decisión de fabricar un banco de memoria de ferrita completamente funcional con una capacidad de 1024 palabras (16 matrices de 32x32). Dado que en este momento la computadora estaba muy cargada con las tareas de la ONR y la Fuerza Aérea de los EE. UU., se decidió construir una computadora de prueba especial (Memory Test Computer) para pruebas complejas de la nueva memoria. Esta computadora se completó en mayo de 1953 y se probó con éxito en el verano. Inmediatamente después de eso, se conectaron dos bancos de memoria de ferrita al Whirlwind I, y después de eso, la computadora finalmente alcanzó sus parámetros de diseño. Debido a que el tiempo de acceso a la memoria de ferrita ha disminuido a 9 µs en comparación con los 25 µs de la memoria electrostática, la velocidad de la computadora ha aumentado casi 2 veces. Al mismo tiempo, la confiabilidad de la computadora ha aumentado considerablemente.
Como se describió anteriormente, la computadora se convirtió en un dispositivo de trabajo completo en marzo-abril de 1951, y desde ese momento comenzó su funcionamiento regular, principalmente para el despliegue de un sistema de prueba de defensa aérea, que se denominó Cape Code System. Para llevar a cabo estos trabajos en 1951, se estableció en el MIT un nuevo laboratorio, el Laboratorio Lincoln. El trabajo en el sistema de Cape Cod incluyó el siguiente plan de acción:
La primera tarea se resolvió muy rápidamente: a fines de abril, Cape Code System proporcionó con éxito al luchador un objetivo de prueba tres veces. Al mismo tiempo, se notó que el luchador pudo llevar al objetivo a una distancia de menos de 1000 M. En el curso de este trabajo, el equipo de Whirlwind creó la primera pantalla gráfica del mundo que mostraba una secuencia de vectores en la pantalla, y también hizo posible mostrar números y letras presentados como puntos en una matriz de 3x5. La pantalla gráfica estaba equipada con un lápiz óptico, que permitía al operador indicar directamente el objetivo deseado en la pantalla. La pantalla gráfica Whirlwind tenía dos pantallas, una destinada al operador y una cámara controlada por computadora instalada frente a la segunda. Esto permitía al operador hacer una copia impresa de la pantalla si fuera necesario. A fines de 1953, el sistema Cape Cod permitió rastrear hasta 48 objetivos simultáneamente.
Además de trabajar en interés de la Fuerza Aérea, la computadora también se utilizó para resolver problemas computacionales de carácter científico y científico aplicado, provenientes de la ONR y de varios laboratorios del MIT. En promedio, 100-150 problemas de este tipo por año se resolvieron en una computadora.
En 1952, se comenzó a trabajar en el desarrollo de una nueva computadora Whirlwind II, lo que condujo a la creación de las computadoras seriales AN/FSQ-7 y AN/FSQ-8, que se convirtieron en la base del SAGE ( Semi-Automatic Ground Environment ) aire. sistema de defensa Whirlwind I fue utilizado durante mucho tiempo en el desarrollo experimental de sistemas de control de tráfico aéreo y defensa aérea realizado por el Laboratorio Lincoln, y hasta 1956 resolvió tareas financiadas por la ONR. Sin embargo, después de la creación del Whirlwind II y las computadoras seriales AN / FSQ-7 / 8 basadas en él, la necesidad del Whirlwind I desapareció. En 1959, se decidió que su operación posterior no era conveniente, principalmente debido al alto costo de operación, y el 30 de junio de 1959 se apagó. Más tarde, fue arrendado a Wolf Research and Development Corporation, fundada por William Wolf , uno de los antiguos miembros del proyecto Whirlwind. Esta empresa trasladó la computadora a su oficina, la puso en funcionamiento y la utilizó durante varios años para sus tareas. Después de que se completaron estos trabajos, Whirlwind I finalmente se cerró y se desmanteló en 1964. Algunos de sus componentes fueron preservados y donados a la Institución Smithsonian .
Desarrollada para la computadora Whirlwind I, la memoria de ferrita se convirtió en la principal tecnología de memoria para computadoras durante dos décadas, se usó en tres generaciones de computadoras hasta que fue suplantada a mediados de la década de 1970 por la memoria estática y dinámica en circuitos integrados .
Sobre la base de las soluciones desarrolladas en la computadora Whirlwind, se creó el primer sistema de defensa aérea automatizado SAGE del mundo , que incluía 24 centros regionales y un centro de comando. Este sistema aseguró la convergencia de información de varias fuentes de información y la construcción de una imagen táctica única, tanto a nivel de centros regionales como a nivel continental, seguida de la selección de interceptores BOMARC y misiles de crucero . Este sistema funcionó con éxito hasta principios de la década de 1980.
Las soluciones utilizadas en el diseño del Whirlwind I formaron posteriormente la base para las computadoras de la línea PDP , fabricadas por Digital Equipment Corporation (DEC), fundada en 1957 por Kenneth Olsen , uno de los participantes en el proyecto Whirlwind. Las computadoras de las series DEC PDP-8 y PDP-11 se convirtieron en las computadoras más populares producidas en la era anterior a la llegada de las computadoras personales.