Wie war es in den 1940er Jahren möglich, die Ausgabe Ihres dreimillionsten analogen Computers mit hoher Geschwindigkeit aufzuzeichnen, wenn die Ergebnisse seines Betriebs nur auf analogen Messgeräten sichtbar sind? Dieses Problem wurde von einem Team am Georgia Institute of Technology gelöst, das für einen Computer verantwortlich war, mit dem die Eigenschaften von Wechselstromnetzen untersucht wurden. Sie haben eine clevere Lösung gefunden - hacken Sie das Bedienfeld und schließen Sie einen speziellen Zeichentisch an.
Was ist das?
Was für ein Biest ist das - ein analoger Computer? Ähnliche Maschinen wurden während und nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelt. Genau genommen wäre es richtiger, sie als maßstabsgetreue Modelle zu klassifizieren, als sie als echte Computer zu bezeichnen. Obwohl sie sehr flexibel waren, wurden sie hauptsächlich zur Simulation von Stromübertragungsnetzen entwickelt. Die Theorie ihres Betriebs ist ziemlich umfangreich, aber für Messungen wurde einfach ein maßstabsgetreues Modell von realen Mehrphasen-Stromübertragungsnetzen erstellt, die mit einer Phase und einer Frequenz von 400 Hz arbeiten.
Die Ingenieure haben die Maschine „programmiert“, indem sie die erforderlichen Schaltungselemente (Kondensatoren, Induktivitäten, Übertragungsleitungen, Generatoren usw.) auf großen Patchfeldern angeschlossen haben. Danach wurde ein 10-kW-Generator im Keller in Betrieb genommen und die Simulation begann zu funktionieren.
Teilzeitarbeit
In den frühen 1980er Jahren bestand meine erste Herausforderung im College darin, eine dieser Maschinen wieder funktionsfähig zu machen. 1947 wurde es von Georgia Power gekauft und an das Georgia Institute of Technology gespendet. Dort arbeitete sie mehrere Jahrzehnte praktisch ohne Unterbrechung. Dann wurde es für eine Weile als Lehrmittel verwendet und ein paar Mal transportiert. Als ich ins Spiel kam, war es lange nicht mehr benutzt worden und befand sich in einem bedauerlichen Zustand.
Überraschenderweise war es ziemlich einfach, es zu reparieren. Die Patchfelder mussten ausgetauscht werden, da die gesamte Isolierung trocken und rissig war. Der dort jahrzehntelang angesammelte Schmutz musste von den Schaltern und Kontakten aller Elemente des Stromkreises entfernt werden. Für einige Semester war dieser ruhige Keller meine Zuflucht. Ich benutzte es, wenn ich still sitzen, lernen oder lesen musste. Manchmal amüsierte ich mich, indem ich die Maschine laufen ließ, um einige der Probleme aus dem Lehrbuch zur Berechnung von Wechselstromnetzen zu berechnen.
Der Arbeitsprozess
Nachdem der Generator gestartet und auf der gewünschten Frequenz stabilisiert worden war, konnte das simulierte Netzwerk überwacht werden, indem die Messschleifen der Bedienerkonsole mit einem beliebigen Element der Schaltung verbunden wurden. Dies geschah durch Drücken einer Taste mit der entsprechenden Bezeichnung auf der Tastatur, die wie ein alter mechanischer Addierer aussah (vielleicht war es das). Fast sofort erschienen Daten zu Strom, Spannung und Stromverbrauch des Elements auf den Geräten. Die Mengen waren zusammengesetzt, so dass sowohl die Menge als auch die Phase auf den Zählern angezeigt wurden.
Bedienfeld
Bediener erhielten das Ergebnis von Simulationen, indem sie nacheinander alle erforderlichen Schaltungselemente durchgingen. Nach jeder Messung machten sie eine Pause, um die Zahlen in ein Notizbuch zu schreiben und dann mit dem nächsten Punkt fortzufahren.
Interessanterweise war dieses gesamte System eine passive Schaltung ohne aktive Komponenten. Natürlich gab es Relais zum Anschließen von Messgeräten, und der Generator lieferte Energie. Abgesehen davon unterschied sich das Lesen der Daten von der Konsole nicht davon, wie ein Techniker mit einem Multimeter über die gesamte Schaltung lief und manuell Messwerte abnahm. Eine Ausnahme war, dass eines der Messinstrumente von einem elektronischen Röhrenverstärker gespeist wurde. Es wurde jedoch nur für eine Art von Messung verwendet - meiner Meinung nach war es VARS. Selbst bei ausgeschaltetem Verstärker war die Maschine voll funktionsfähig und nützlich.
Wir können es besser machen
Das Team beschloss, den Rechner zu verbessern, um es den Ingenieuren zu erleichtern, die Ergebnisse aufzuzeichnen und zu interpretieren. Sie wollten die Ergebnisse direkt in das Diagramm zeichnen und eine spezielle Tabelle neben der Bedienerkonsole einrichten.
Aufzeichnen von Simulationsergebnissen
Die Tischplatte war wie nichts, was Sie jemals gesehen haben. Sie erhob sich wie die Motorhaube eines Autos, sie hatte sogar eine Unterstützung. Der Deckel war aus Metall mit einer durchsichtigen Kunststoffbeschichtung, um die Oberfläche glatt zu halten. Im Deckel wurde ein Lochgeflecht hergestellt, auf das von unten zugegriffen werden konnte. Bei näherer Betrachtung stellte sich heraus, dass es durch einen flexiblen Drahtkabel mit dem Boden verbunden war.
In der Tabelle befand sich ein Gitter mit Hunderten sorgfältig beschrifteter Stifte. Jedes der Elemente der Schaltung hatte einen eigenen Pin - von C1 bis C99, von L1 bis L99 und so weiter. Ingenieure vergruben sich in den Tastaturen der Hauptkonsole und verbanden sich mit den gewünschten Logiksignalen. Sie wurden zu Schaltkreisen innerhalb der Tabelle umgeleitet, so dass die Kontakte zu einer Platte mit Stiften herausgeführt wurden.
Ebenfalls im Tisch war ein Durcheinander von Drähten. Jeder Draht hatte auf der einen Seite einen Stiftstecker und auf der anderen eine kleine Glühbirne. Jede der Glühbirnen konnte vorsichtig in eines der Löcher in der Abdeckung eingeführt werden, so dass ein Ende des Filaments geerdet war. Der Draht könnte dann mit einem beliebigen Stift auf der Platte verbunden werden, der die Schleife am anderen Ende der Schnur schloss.
Zeichentisch Aussehen
Ein neues Vorbereitungsverfahren war nun erforderlich, um Daten aus der Simulation zu erhalten. Es war notwendig, nicht nur die entsprechenden Elemente der Schaltung anzuschließen, sondern auch alle Anzeigelampen anzuschließen. Das Papier mit dem Diagrammbild wurde mit Klebeband auf dem Tisch fixiert. Dutzende Glühbirnen mit Drähten wurden an den richtigen Stellen installiert. Jede Glühbirne wurde mit einem Loch unter dem entsprechenden Element der Schaltung verbunden, das auf Papier dargestellt ist. Dann wurde der Draht mit dem gewünschten Stift auf der Platte verbunden. Zum Beispiel wurde ein Draht von einer Glühbirne, der mit dem Loch unter dem Bild des Kondensators C16 verbunden war, mit Pin C16 auf der Platte usw. verbunden.
Nachdem all dieses Rattennest aus Drähten verbunden war, wurde die Tischplatte geschlossen und als normaler Zeichentisch verwendet. Der Netzwerkanalysator wurde gestartet, und ein Bediener auf der Konsole ging nacheinander durch jedes der interessierenden Elemente und las die Messwerte von den Geräten. Der zweite Bediener, der am Tisch neben der Konsole saß, schrieb die Messwerte direkt in das Diagramm, wobei er die hervorgehobenen Kreise unter jedem der Elemente verwendete. Heute erinnert mich dieses ganze System an den groben Vorgänger moderner GUI SPICE-Simulatoren, bei denen Sie mit der Maus über das gewünschte Element fahren oder darauf klicken und "gemessene" Werte erhalten können.
Alte Pläne
In einem 1940 eingereichten Patent fand ich ein Diagramm eines Zählerauswahlschemas. Es erschien mir sehr interessant - zumindest weil sich Stil und Symbole für die Bezeichnung von Elementen von heute unterscheiden. Heute finden Sie in den Diagrammen nicht mehr so viele Relais. Die Bedeutung des Geräts ist leicht zu verstehen, wenn man die Schaltung ein wenig studiert. Tatsächlich handelt es sich um einen Bus zum Arbeiten mit Dezimalanzeigen für 24 Drähte, der die Ausgabe von Einheiten und Zehner unterstützt. Für die Anzeige von Hunderten sind nur vier statt zehn Drähte sichtbar. Sie werden verwendet, um die Kategorie eines Schaltungselements auszuwählen - Stromversorgung, Kondensator usw. Der Adressbus wird über die Tastatur gesteuert und die RESET-Taste gibt die "Treiber" frei.
Meine Freunde und ich stöberten einmal in Schubladen und fanden einen alten Artikel über Herbert Peters - einen brillanten Ingenieur aus Westinghouse, der mit einem Netzwerkanalysator an das Georgia Institute of Technology versetzt wurde. Infolgedessen lebte er sein ganzes Leben in Atlanta . Peters scheint ein glänzender Vertreter der Hardcore-Ingenieure der alten Schule gewesen zu sein. Wir stellten uns vor, wie er sich in seiner Fliege in Gedanken über den Computer beugte und regelmäßig die auf die Konsole fallende Zigarettenasche wegwischte.
Herbert Peters bei der Arbeit
Persönlich kenne ich ihn nicht, aber ich habe gehört, dass er nach meinem Abschluss als Institut dorthin zurückgekehrt ist. Er stieß auf einen Transistorverstärker, den ich seit vielen Monaten herstellte, um einen alten kaputten Vakuumröhrenverstärker zu ersetzen. Ohne einen Moment zu zögern, warf er mein Gerät in den Müll und reparierte den alten Verstärker in weniger als einer Stunde. Jedes Mal, wenn ich mich an diese Geschichte erinnere, muss ich eine Art Transistorverstärker entwickeln.
Ich hörte, dass kurz nach meinem College-Abschluss im Jahr 1985 die Hälfte des Netzwerkanalysators aus dem Keller geworfen wurde, um den Bereich mit etwas anderem zu besetzen. Sein Hauptteil blieb erhalten - nur einige Elemente des Diagramms wurden in zwei Hälften geschnitten. Und vor ein paar Jahren haben wir diese Überreste beseitigt. Heute sind nur noch allmählich verblassende Fotos von ihm übrig, einem 10-kW-Generator im Keller, und wundervolle Erinnerungen an die Benutzer dieser Maschine.