Всем привет! В этом посте я расскажу еще об одной книге, которую можно отнести к разделам «История техники» и «История IT». Я имею в виду книгу Криса Макдоналда «История реле». На русском языке название звучит немного странно и слишком узко, в оригинале она называется «The Switch: How the Telegraph, Telephone, and Radio Created the Computer». Здесь слово «Switch» обозначает любые электронные компоненты, которые могут работать в режиме переключателя, включая электромеханические реле, радиолампы и транзисторы, и как раз вокруг их развития и строится повествование книги. В этой книге автор показывает параллельное развитие средств связи, а также появление первых компьютеров, и электронных компонентов, из которых они состоят.

Это очень небольшая книжка (чуть больше 200 страниц), охватывающая временной интервал, начиная со второй половины XVIII века и до середины прошлого века, заканчивая изобретением транзистора. Пожалуй, главное достоинство этой книги — это большое количество иллюстраций и фотографий.

Большая часть книги посвящена развитию средств связи, начиная с механического телеграфа и до телефона, после чего повествование переключается на развитие первых вычислительных машин (не хочется их пока называть компьютерами).

Книга начинается с рассказа об устройстве механических телеграфов и о том, какие системы кодирования и средства индикации использовались, чтобы оператор на приемной стороне мог понять, какое сообщение ему передают. После этого автор коротко рассказывает историю открытия электричества, гальванического эффекта и изобретения вольтовых столбов (прапрадедушка современных аккумуляторов). Одновременно с этим развивался электромагнетизм, на основе которого были созданы первые электромагниты — основная часть электромагнитного реле.

С появлением более-менее стабильных источников электричества в первой половине XIX века большое количество исследователей начали пытаться использовать электричество и магнетизм для передачи информации, чтобы в перспективе заменить имеющиеся телеграфы чем-то новым, способным передавать информацию на большее расстояние и не зависеть от погодных условий. В то время было создано или по крайней мере запатентовано огромное количество конструкций телеграфов, многие из которых так и остались в единичном экземпляре или только в виде демонстрационной модели. В книге достаточно подробно описана история создания телеграфа Самюэлем Морзе и его компаньонами.

И тут на сцену выходит главный герой книги (по крайней мере в русской версии заголовка книги) — электромагнитное реле. Автор рассказывает о том, как от идеи электромагнита, который способен поднимать достаточно тяжелые грузы, пришли к идее небольшого электромагнита, который замыкает и размыкает легкие контакты, которые, в свою очередь, соединяют электрическую цепь, по которой течет уже намного больший ток. И таким образом в схеме телеграфа Морзе реле использовался как усилитель, позволяющий передавать информацию на большее расстояние.

Когда с телеграфом более-менее разобрались, во второй половине XIX века исследователи пошли дальше и начали проводить эксперименты для передачи не только закодированного сообщения, но и голоса. Начались эксперименты по созданию того, что мы сейчас называем телефоном. Учитывая, что технология передачи информации по проводам к тому времени уже сравнительно неплохо развилась, главными сложностями для передачи звука стали устройства, которые бы могли преобразовать речь в электрический сигнал, а также устройство для обратного преобразования. Именно в этом направлении проводилось большинство экспериментов в области передачи звука. Но в то время телеграф все равно считался более перспективным средством дальней связи, и большинство исследователей работали над его улучшением, а создание телефона — это был в какой-то мере побочный продукт или интересная игрушка. Да и с патентами там было не все понятно. Например, было не ясно, нарушает ли телефон патенты, которые были у телеграфных компаний.

Но к концу XIX века стало ясно, что телефонная связь будет развиваться и начали появляться телефонные компании, а поскольку, в отличие от телеграфа, телефонная компания должна соединять целую сеть абонентов, одной из технических проблем было — создание коммутаторов. Как известно, сначала для соединения двух абонентов использовались живые люди, операторы («телефонистки»), однако все равно они использовали в своей работе коммутаторы, и их конструкции были достаточно разнообразны.

Одновременно с этим исследователи переключились на новую задачу — избавиться от операторов, заменить их чем-то механическим. И тут на сцену снова выходит наш главный герой — реле. Они стали основным компонентом в электромеханических коммутаторах, и их использовалось огромное количество. Начиная с того времени реле было тем, чем в данный момент является транзистор. В качестве примера, автор книги, ссылаясь на публикацию инженеров 1924 года, пишет, что в типичном ручном коммутаторе (где еще нужны были операторы) того времени использовалось от 40 тыс. до 65 тыс. реле, а в механизированном коммутаторе — в два раза больше.

В этот момент повествование книги переключается с систем связи на вычислительные устройства. Пусть не сразу, но там тоже в качестве основных элементов использовались электромеханические реле, и большой вклад в развитие этой архитектуры внес Клод Шеннон, который показал, что «любую операцию, которую можно полностью описать с использованием слов «если», «или», «и» и т.д., можно автоматически выполнять с помощью реле».

Но в конце XIX — начале XX веков начали появляться компоненты, которые через 50 лет придут на замену реле — радиолампы. Считается, что первую радиолампу создал Эдисон или кто-то из его сотрудников в 1883 году, когда внутрь обычной лампочки накаливания добавил металлическую пластину, через которую тоже проходил ток. По одной из версий это был один из экспериментов, целью которого было устранить почернение ламп со временем, Эдисон (или его сотрудник) надеялся таким образом, что частицы, из-за которых чернеет лампа, будут оседать на этой пластине, а не на колбе лампы. Но в результате таким образом был обнаружен другой, более интересный эффект — термоэлектронная эмиссия. Эдисон запатентовал устройство, но не придал ему особого значения и продолжил эксперименты по улучшению качеств и долговечности обычных ламп.

Только в 1904 году Амброз Флеминг, работавший когда-то у Эдисона, вспомнил о таких лампах, когда понял, что их можно использовать как то, что мы сейчас называем диоды или выпрямитель. Сам Флеминг называл такое устройство «клапан». Через некоторое время Ли де Форест также пытался создать новый детектор и проводил эксперименты с такими лампами, но он добавил еще один (третий) электрод в лампу, надеясь, что таким образом улучшит «развязку» между первыми двумя электродами. А получилось снова все намного интереснее.

Долгое время радиолампы не рассматривали всерьез для замены реле — они были менее надежными и сильно грелись. Однако, к концу Второй мировой войны Томми Флауэрс показал, что радиолампы могут быть достаточно надежными, если они используются непрерывно и на мощностях в несколько раз меньше расчетных. В результате в 1943 году Блетчли-парке (Англия) появились первые вычислительные машины, в которых использовались радиолампы, а не реле. Это была вычислительная машина, получившая название «Колосс» (Colossus).

И в последней главе книги, если не считать заключения, автор достаточно быстро рассказывает об истории создания транзистора, который в свою очередь пришел на смену радиолампам. В этой главе речь идет о первых экспериментах с полупроводниками в конце XIX века и до конца 40-х годов XX века, когда в лаборатории был создан первый транзистор. В заключении автор еще рассказывает несколько историй, связанных с созданием модификаций транзисторов, но тут начинается уже слишком много ответвлений и книга заканчивается.

Книжку я прочитал с удовольствием, хотя от нее не стоит ждать глубокого описания принципа действия каждого описываемого устройства, автор об этом пишет достаточно скудно. В основном автор показывает последовательное развитие конечных устройств и компонентов, на основе которых они построены, показывает, какие были альтернативы той или иной технологии, какие были получены патенты. При этом в повествовании основной упор был сделан на людях, которые предложили то или иное решение, коротко рассказывается об их биографиях. Автор узко направленно рассказывает истории развития от механических телеграфов до телефонов, а затем историю появления первых вычислительных машин, а параллельно с этим историю развития электромеханических реле, радиоламп и завершается все созданием транзистора.

PS. Вы можете подписаться на новости сайта через RSS, Группу Вконтакте или Канал в Telegram.