Архитекторы компьютерного мира

К аналоговому компьютеру был утрачен всякий интерес. В апреле того же года в контракт по ASCA были внесены изменения, касающиеся того, что Форрестер и его команда собираются использовать цифровые компьютеры вместо аналоговых. Этот проект был назван Whirlwind. Теперь Форрестер становится директором цифровой компьютерной лаборатории, являющейся преемницей цифрового компьютерного отдела Сервомеханической лаборатории.

В начале 1947 года он прошел обучение по проектированию машин типа EDVAC, но при этом сделал вывод, что скорость их расчетов не отвечает требованиям времени. Позднее, в том же году, Форрестер и Роберт Р. Эверетт, помощник директора проекта, отклонились от главной задачи создания параллельного компьютера. Форрестер был недоволен тем фактом, что неисправности электронных ламп и кристаллических диодов выводят компьютер Whirlwind из строя по несколько раз на день. На этой стадии разработки никто особенно не разбирался в действии электронных ламп, известно было лишь то, что после 500 часов работы большинство из них переставало работать. Ни одна машина, состоящая из нескольких тысяч вакуумных ламп, каждая из которых работает только 500 часов, не была в состоянии работать достаточно долго от поломки до поломки. Форрестер предложил две идеи, которые по значению были не менее серьезны, чем его память на магнитных сердечниках. Во-первых, он увеличил жизнь электронных ламп до 50 000 часов, использовав для катодов, не содержащих силикона, материалы, которые исключают преждевременные потери катодной эмиссии. Во-вторых, он увеличил продолжительность рабочего времени в десять раз — до 5 миллионов часов, — включив диагностическую систему в компьютер Whirlwind, что автоматически позволяло определять любой электронный компонент, который начал давать сбои. Его можно было исправить, прежде чем он мог допустить ошибку.

Форрестер и его группа создали высокоскоростной электронный цифровой программируемый компьютер, который соответствовал веяниям времени. Он давал возможность контролировать полеты самолетов и мог быть использован при ведении военных действий. Этот компьютер мог служить не только для расчетов имитационных полетов, но и применяться в промышленности и для нужд науки. Whirlwind был самой значительной разработкой конца 40-х — начала 50-х годов, над которой работало 175 человек и на которую был затрачен один миллион долларов. Разработчики проекта находили Форрестера несколько суховатым и деловым, но испытывали большое уважение к его изобретению. Здание для Whirlwind начали сооружать в августе 1948 года. Оно заняло 2500 квадратных футов полезной площади. Работая с Whirlwind, люди ощущали себя находящимися внутри компьютера: идешь по коридору, а справа и слева находятся устройства компьютера — по четыре с каждой стороны. Whirlwind имел только 4000 электронных ламп (для сравнения, у ENIAC было 17 468). Разработка Whirlwind заняла три года, он был запущен в начале 1950 года. Whirlwind считался самым быстрым компьютером 50-х годов. Он мог сложить два 16-разрядных числа за 2 мсек и умножить их за 20 мсек. Машине "Марк-I", сделанной в Гарварде, требовалось для умножения 6 сек. Whirlwind также превосходил компьютер ENIAC.

Однако и Whirlwind был несовершенен. На 32 электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) хранилось 2048 16-разрядных чисел. Каждый день компьютер выходил из строя на несколько часов. Память была слабым звеном — каждая ЭЛТ для хранения информации служила не более месяца и замена ее стоила тысячу долларов. Таким образом, стоимость памяти в месяц составляла тридцать две тысячи долларов.

Улучшив по мере возможности ЭЛТ для хранения информации, Форрестер обратился к другой идее — идее создания нового типа памяти.

Решение данной проблемы он видел в создании трехмерного устройства для хранения информации, поскольку оно было более компактно, представляло больше возможностей для увеличения объема хранимой информации, было менее дорогим, чем одно- или двухмерное. В 1947 году Форрестер выдвинул идею трехмерного куба, где точки пересечения были бы элементами для хранения информации. Он собирался использовать маленькие неоновые ячейки в качестве элементов этих точек пересечения, но сомневался по поводу действенности таких средств вторичной эмиссии. Впоследствии он отложил проект на некоторое время, однако в голове у него все-таки засела идея о трехмерном устройстве: "Время от времени мне не дает покоя возможность использовать другие элементы для достижения нужного результата".

Джей Форрестер (50-е годы XX века)

Однажды весной 1949 года он просматривал журнал Electrical Engineering и наткнулся на описание разработки, названной "Дельтамакс", сделанной немцами во время Второй мировой войны для магнитных усилителей, применявшихся в танках. Теперь она была продана Америке в качестве основного материала по магнитным усилителям. В разработке "Дельтамакс" был использован постоянный ток для насыщения сердечника, чтобы можно было управлять изменениями тока. Форрестер понял, что это и есть тот другой путь, способный заставить работать нелинейные элементы в трехмерном устройстве, над которым он размышлял ранее.

Несколько вечеров Форрестер провел в хождении по улицам неподалеку от своего пригородного дома, обдумывая проблему: "Это был вызов, другой аспект идеи, попытка осмыслить, как создать систему, которая бы допускала выбор и включение соответствующих элементов".

Неделю-другую его не оставляла мысль о двухмерном устройстве. Затем он потратил еще несколько недель в поисках решения, как расширить двухмерное хранилище информации до трехмерного. И решение к нему пришло во время прогулки на лошадях на ранчо его отца в Небраске.

Вернувшись в MIT, он заказал несколько "Дельтамаксов". Эксперименты начались. Он пропускал ток через кольца, сделанные из особого материала, намагничивая их в южном и северном направлениях. В направлении на север устройство выдавало единицу, на юг — нуль. После выключения напряжения кольца возвращались в их начальное состояние. Проблема заключалась лишь в том, что у "Дельтамакса" не было нужного быстродействия и он был чувствителен к изменениям напряжения.

Позже, под воздействием Уильяма Папьяна и других разработчиков Форрестер вернулся к другой альтернативе. Он закрепил магнитные ферритовые стержни, загнутые в виде пончиков, на сетке из проводов. Каждый стержень на сетке имел свои координаты (или адрес) — такие же, как на карте. Для того чтобы прочесть или записать бинарное число на магнитную память, надо было подать напряжение на точно выбранную пару горизонтального и вертикального ряда проводов на конкретной сетке. 16-разрядный компьютер имел для каждого разряда вполне определенное место на каждой сетке. Магнитные ферритовые кольца были более быстрыми, менее дорогими и значительно проше в эксплуатации, чем "Дельтамаксы".

Магнитная память была внедрена в компьютер Whirlwind летом 1953 года, после того как испытания были закончены. Как результат, Whirlwind теперь работал в два раза быстрее, чем ранее. Но потребовалось три или четыре года, прежде чем промышленность осознала, что это самый лучший тип компьютерной памяти. "Тогда потребовались следующие семь лет, — вспоминал Форрестер с улыбкой, — чтобы убедить их в том, что они не додумались до этого первыми".

Изобретение Форрестера повысило надежность и скорость при меньшей стоимости. Начиная с начала 60-х, стоимость памяти на магнитных сердечниках постепенно уменьшалась. Эта память позволила вводить данные и команды в течение нескольких долей секунды. Память на магнитных сердечниках использовалась вплоть до конца 60-х годов, затем ее сменила полупроводниковая технология.

В 50-х годах Whirlwind стал прообразом целого ряда компьютеров, с помощью которых была создана развитая система противовоздушной обороны США — SAGE (Semiautomatic Ground Environment). С 1952 по 1956 год руководил разработкой системы SAGE Джей Форрестер.

Эта полуавтоматическая система, способная одновременно обрабатывать данные, поступающие из 23 региональных центров США и Канады, обслуживала гигантскую сеть радиолокаторов и других детекторов. В каждом региональном центре оператор набирал данные на клавиатуре, следя за экранами, на которых отображались погодные условия, траектории движения самолетов и прочая информация, необходимая для работы системы ПВО. В то же время сеть устройств ввода-вывода системы SAGE поддерживала по телефонным каналам непрерывную связь между соседними центрами, объединяя систему в неразрывное целое.

В июле 1958 года вся система SAGE была полностью внедрена и выполняла свою миссию все последующие 25 лет. Потомки компьютера Whirlwind продолжали работать в системе до 1983 года.

В 1956 году, когда стало ясно, что система SAGE принята и не нуждается в его руководстве, Форрестер решил заняться работой в другой области.

Хотя его по-прежнему ценили как пионера в области вычислительной техники, он стал также известен как ведущий теоретик в области сложных социально-экономических моделей — так называемой области системной динамики.

Форрестер отмечал, что при разработке системы SAGE он осуществлял не только техническое, но и административное руководство. Из опыта работы над этой системой он вынес убеждение, что "технический успех больше может зависеть от общей постановки дела, чем от научных достижений" и что "никакой технический опыт не может скомпенсировать плохую организацию работы".

С этим убеждением и с чувством, что "усовершенствование методов руководства является более насущной задачей", он перешел в июле 1956 года в Слоуновскую школу MIT. Форрестер объяснял, что в Слоуновской школе, конечно, использовались компьютеры, особенно для таких целей, как исследование операций и обработка административной информации. Но, по его мнению, ни одно из этих направлений "не было решающим". "Обработка деловой информации уже быстро развивалась вне стен MIT, — говорил он, — а наука об исследовании операций имела дело с простыми задачами, нежели определение способов достижения успеха или нахождение причин провала технической политики фирмы".