Архитекторы компьютерного мира - Аркадий Частиков

Изобретения Форрестера выдержали испытание временем. Система SAGE, основанная на компьютерах Whirlwind, просуществовала до начала 80-х. В это время Джей Форрестер уже был вовлечен в новые компьютерные разработки по самым разным аспектам. Он объединил кафедру в MIT со Слоуновской школой менеджмента, где использовал свои знания в компьютерной технологии для создания новой дисциплины, названной им системной динамикой.

Магнитная память компьютера Whirlwind

Форрестер создал Whirlwind и SAGE, улучшил человеко-машинное взаимодействие, но наиболее значимой была его версии памяти на магнитных сердечниках. Рассказывая о Форрестере, все как один отмечали его острый ум. Сначала он слушал вопрос, затем погружался в себя на мгновение и в итоге выдавал ответ, в котором не было ни единого лишнего слова. Он был эталоном ученого. Тем не менее многие удивляются, когда узнают о том, что родился он на животноводческом ранчо Клаймекс неподалеку от Небраски, население которого насчитывало лишь 10 человек.

Животноводчество, однако, не привлекало его. Он посещал деревенскую школу и ставил простые опыты по электричеству. Впоследствии, в годы обучения в высшей школе, на старших курсах, он взял детали от старой машины и собрал 12-вольтную электрическую систему, действующую при помощи ветра, которая давала электричество на его семейном ранчо. Он хотел поступить в сельскохозяйственный колледж при Университете в Небраске, но несколькими месяцами раньше до конца 1935 года он изменил свое решение в пользу факультета электроинженерии. И в 1939 году он закончил его с лучшим дипломом среди 70 выпускников этого факультета.

Форрестер начал заниматься исследованиями с июля 1939 года в Массачусетском технологическом институте, работая сначала как ассистент по исследованиям в Лаборатории высоких напряжений. В середине 1940/41 учебного года Форрестер стал работать в новой Сервомеханической лаборатории Гордона Брауна, которая являлась частью электроинженерного факультета MIT. Его работа на соискание ученого звания в области электроинженерии была во время войны приостановлена в угоду исследованиям для военной промышленности и была закончена лишь в 1945 году. Браун руководил работой Форрестера, которая называлась "Разработка гидравлических сервомеханизмов".

В декабре 1944 года Военно-морской центр по особым исследованиям поручил MIT разработать анализатор воздушного наблюдения и стабильности (ASCA), чтобы использовать его для новых аэродинамических проектов. В это время Форрестер подумывал оставить Сервомеханическую лабораторию, возможно, он хотел открыть свое дело в сфере автоматического управления. Однако Гордон Браун хотел его удержать, предложив список, состоящий из двенадцати проектов, один из которых, по своему усмотрению, он должен был выбрать. Форрестер просмотрел весь список, и мысль открыть свой собственный бизнес показалась ему менее привлекательной, чем быть вовлеченным в одно из новых исследований. Особенно заманчивым показался ему проект ASCA. Он сказал Брауну, что выбирает его.

Форрестеру было предложено создать аналоговый компьютер, который мог бы имитировать самолет с пилотом как часть системы. Контроль за полетом должен быть доступен для пилота, а реакция имитационного самолета должна соответствовать реальному масштабу времени. Задача имитатора состояла в быстром получении результатов технических изменений летных данных и таким образом экономила средства. Вскоре после начала работ над проектом — это было весной 1945 года — Форрестер осознал, что столкнулся с серьезными проблемами. Для того чтобы сравнить реакцию пилота при управлении самолетом и ответы имитатора самолета по времени, необходимо было исключительно высокоскоростное устройство с максимально быстрым временем для ответа. Но его не было. За лето Форрестер пришел к выводу, что аналоговый компьютер не может быть достаточно быстрым для достижения цели.

На этом этапе главной поворотной точкой в жизни Форрестера стало знакомство его с человеком по имени Пэрри Кроуфорд, который организовал аналитический центр при Массачусетском технологическом институте и в то же время работал в Военно-морском центре по особым исследованиям. Услышав о проблемах Форрестера, Кроуфорд предложил ему изучить цифровые вычисления. Он также предложил познакомить Форрестера с учеными из Гарварда и университета в Пенсильвании, в итоге Форрестер в Филадельфии познакомится с Джоном Нейманом, Дж. Преспером Эккертом и другими видными учеными. Это посещение сделало Форрестера приверженцем цифровых компьютеров. Следующим шагом надо было убедить Гордона Брауна. Это далось легко и в январе 1946 года он приступил к разработке проекта цифрового компьютера.

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".