Whirlwind I
Au cœur du MIT, le projet Whirlwind I démarra en 1944, sous l'impulsion de l'US Navy. À l'origine, l'ambition était modeste : fabriquer un simulateur de vol pour l'entraînement des pilotes. Jay Forrester, chercheur au laboratoire de servomécanique, prit les rênes du projet l'année suivante. L'idée initiale d'une machine analogique fut vite écartée au profit d'une approche numérique, que la Navy valida en 1946.
Cette décision transforma radicalement la portée du projet. Au lieu d'un simple simulateur, le MIT s'engageait dans la création d'un calculateur numérique universel, capable de répondre aux exigences du simulateur tout en ouvrant des perspectives vers d'autres applications scientifiques. La machine centrale devint pleinement opérationnelle en 1951.
La vocation première du Whirlwind I marqua sa conception. Dès le début, l'équipe le pensa comme un système temps réel. Cette orientation nécessitait une mémoire ultrarapide. La solution retenue fut une mémoire à tubes cathodiques, la plus véloce disponible à ce moment. Un rapport de 1952 notait toutefois que cette mémoire restait « le facteur le plus important affectant la fiabilité du système Whirlwind I ».
Pour répondre à ce problème, l'équipe élabora des procédures rigoureuses de test systématique, visant à repérer les défaillances matérielles avant qu'elles ne compromettent les calculs. En parallèle, l'usage militaire grandissant de la machine exigeait une fiabilité sans faille. Dans le climat tendu de guerre froide, le Whirlwind, dont le financement passa de l'Office of Naval Research à l'US Air Force, s'intégra au dispositif de défense américain.
Sa version de production, l'AN/FSQ-7, devint un élément du système SAGE de surveillance aérienne. Insatisfaits des limites des tubes cathodiques, les chercheurs cherchèrent des alternatives. Vers la fin des années 1940, Jay Forrester et d'autres scientifiques explorèrent l'utilisation de tores magnétiques. William Papian, membre de l'équipe, mentionna dans ses notes les travaux de Harvard sur les « lignes à retard magnétiques statiques ».
L'été 1953 vit l'installation d'une mémoire à tores sur le Whirlwind. Un rapport du projet soulignait deux avantages : « la mémoire à tores magnétiques a deux grands avantages : (1) une plus grande fiabilité avec en conséquence une réduction du temps de maintenance consacré à la mémoire ; (2) un temps d'accès plus court (le temps d'accès des tores est de 9 microsecondes contre environ 25 microsecondes pour les tubes), ce qui augmente la vitesse de fonctionnement de l'ordinateur ». Cette innovation fit du Whirlwind le premier grand calculateur doté de cette technologie, qui domina le marché jusqu'aux années 1970.
L'architecture du Whirlwind I reposait sur un modèle à programme enregistré avec des mots de 16 bits. Sa puissance atteignait 20 000 instructions par seconde, avec une mémoire vive de 2048 mots. Il utilisait des instructions à adresse unique et des nombres en virgule fixe en complément à 9. Sa structure se divisait en trois parties : une unité de stockage avec 32 tubes électrostatiques, un élément arithmétique pour les calculs, et un organe de contrôle orchestrant l'ensemble. Les composants électroniques reposaient principalement sur des bascules pour mémoriser les états binaires et des tubes de porte pour diriger les impulsions.
La préoccupation centrale était la vitesse. L'objectif initial de 50 000 opérations par seconde ne fut pas atteint, mais les 20 000 opérations effectives représentaient déjà une prouesse. Les temps d'exécution – 3 microsecondes pour une addition, 16 pour une multiplication – surpassaient largement ceux des machines contemporaines. Le jeu d'instructions, réduit à une trentaine de commandes, incluait des sauts conditionnels rendant la machine auto-modifiable selon les résultats. Des instructions spécialisées, comme les transformations automatiques de coordonnées, accéléraient encore les calculs.
L'interface homme-machine du Whirlwind I était audacieuse. Au-delà du lecteur photoélectrique de bande perforée et des machines à écrire classiques, la machine disposait d'écrans cathodiques – alphanumériques ou vectoriels – avec capture photographique des résultats. Ce dispositif avancé donnait aux programmeurs un retour visuel immédiat sur leurs travaux.
Le cycle de programmation préfigurait celui que nous connaissons aujourd'hui. Le programmeur découpait d'abord son problème en étapes élémentaires, les traduisait en instructions, que des opérateurs saisissaient via un équipement spécial. Ce code était converti en langage intermédiaire, puis en binaire, avant d'être stocké sur bande perforée ou magnétique. Le contrôleur chargeait ensuite les instructions séquentiellement depuis la mémoire, les décodait et envoyait les signaux nécessaires à leur exécution.
Les applications du Whirlwind I touchèrent de nombreux domaines : économie, magnétisme, radar, conception mécanique, traitement du signal. Mais son héritage le plus durable est sans doute ses avancées en informatique temps réel appliquée au contrôle industriel et aérien. Cette machine extraordinaire contribua à l'amélioration de l'architecture des ordinateurs et accéléra le développement de l'informatique, tant matérielle que logicielle.