DAC-1

GM fue una de las primeras empresas en utilizar computadoras, empleando máquinas de tarjetas perforadas ya en 1952 para análisis de ingeniería. En 1955, trasladaron sus servicios informáticos al nuevo departamento de Procesamiento de Datos de los Laboratorios de Investigación de GM. En 1956, junto con North American Aviation , desarrollaron el primer sistema operativo de procesamiento por lotes "oficial" para sistemas IBM, GM-NAA I/O . En 1958, fueron de los primeros en utilizar el nuevo compilador FORTRAN de IBM . ^{[ 1 ]}

En junio de 1958, GM Research inició un programa para comprender mejor los problemas y las posibles mejoras en el proceso de diseño industrial . ^{[ 1 ]} El equipo descubrió que cada paso del proceso —desde la concepción inicial y el diseño de la carrocería hasta el diseño de ingeniería y, finalmente, los planos detallados de las piezas— utilizaba diferentes tipos de diagramas. Cada división dentro de la empresa debía tener sus propios departamentos de dibujo para respaldarlos. Se perdía tiempo y se introducían errores cuando los diagramas se trasladaban de un departamento a otro y debían redibujarse al formato local. Incluso la tarea de buscar los diagramas en las bibliotecas de ingeniería representaba una cantidad significativa de tiempo. Cuando se realizaban modificaciones a los planos, este proceso se repetía.

Convencido de que la automatización era una solución a al menos algunos de estos problemas, en 1959 Donald Hart encargó al departamento de Procesamiento de Datos de GM Research que comenzara a desarrollar un sistema para almacenar diagramas para su rápida recuperación y sencillas modificaciones. ^{[ 2 ]} La idea era que los diagramas se digitalizaran en la computadora, se mostraran de forma interactiva para permitir rotaciones, escalado y proyecciones, y luego se imprimieran bajo demanda. Las búsquedas se gestionarían mediante consultas de tarjetas perforadas , lo que permitiría a los operadores recuperar rápidamente documentos para manipularlos en cualquier formato local que el usuario necesitara, y luego imprimirlos. Las consultas repetitivas podrían automatizarse simplemente guardando la pila de tarjetas.

El departamento de Procesamiento de Datos ya había estado experimentando con una computadora IBM 704 que mostraba puntos en la pantalla de la IBM 780, los cuales se grababan en  película de 8 mm. Uno de los primeros usos fue la representación gráfica de simulaciones de tráfico. ^{[ 1 ]} Sin embargo, las pantallas no se basaban en tubos de almacenamiento , por lo que las imágenes desaparecían poco después de ser dibujadas. Para mantener la imagen en la pantalla, el programa debía ejecutarse en un bucle, actualizando continuamente la pantalla. Mientras esto sucedía, la computadora no podía usarse para otras tareas. Si bien era adecuada para fines de demostración, un sistema real necesitaría hardware adicional para descargar esta tarea de la CPU .

Otro problema era la impresión de los diagramas. GM lo solucionó utilizando un método desarrollado por Boeing : reemplazar el cabezal de fresado de una fresadora computarizada con un bolígrafo y conectar las entradas de la fresadora a la computadora 704. Para compensar la memoria extremadamente limitada de la 704, dividieron los diagramas en cuadrados de 32 x 32 pulgadas, que podían trazarse con la precisión suficiente como para cargarlos como piezas separadas y que se alinearan perfectamente al trazarlos como parte de diagramas completos. Se añadió un conjunto de rodillos para que el trazador pudiera mover una sola hoja de papel de 96 pulgadas de ancho (2400 mm) sobre la superficie de dibujo según se necesitara, lo que significaba que no era necesario cortar el papel. El papel se entregaba en rollos, lo que permitía que los diagramas tuvieran cualquier longitud. ^{[ 2 ]} 

El problema final consistía en convertir los diagramas existentes, en papel, a datos informáticos. La solución fue reimprimir los diagramas en acetato transparente y colocarlos frente a la pantalla 780. El ordenador movía entonces el punto de la pantalla, donde era ocluido periódicamente por las líneas del acetato. Un tubo fotomultiplicador detectaba estas caídas en la salida y las registraba. Dado que los diagramas consisten principalmente en espacios en blanco y unas pocas líneas, un simple escaneo raster sería demasiado lento. En su lugar, cuando el programa detectaba una línea, escaneaba un círculo de puntos alrededor del último impacto, intentando encontrar la línea de nuevo. El sistema permitía digitalizar 6000 puntos por segundo. ^{[ 3 ]} La salida era un conjunto de polinomios cúbicos que describían la línea de forma continua.

El sistema, conocido como Diseño Digital, se demostró y mejoró a lo largo de 1959. Para evitar confusiones con el término "digital", que en aquel entonces se asociaba más con los dedos que con la informática, se cambió el nombre a DAC-1. ^{[ 2 ]} Para el verano, quedó claro que la idea básica era factible. En agosto, el equipo recibió la autorización para comenzar a trabajar con IBM en la compra de una computadora IBM 7090 y el desarrollo de versiones comerciales del hardware de visualización.

El sistema de producción no solo debía manipular los dibujos existentes, sino también ser capaz de modificarlos en la computadora. Si bien la computadora no se usaría normalmente para producir nuevas ilustraciones, una vez que los diagramas se escaneaban en el sistema, se podían realizar cambios sin tener que repetir todo el proceso de escaneo.

Una vez digitalizadas, se podía utilizar software adicional para convertir las líneas en una forma 3D. Esta investigación fue pionera en su momento y generó una gran cantidad de artículos científicos. ^{[ 4 ]} Tras la conversión, los diagramas podían exportarse al lenguaje de control numérico APT para su salida directa a las fresadoras. Esto permitía a un equipo de diseño esbozar sus ideas, introducirlas en el sistema, perfeccionarlas y, posteriormente, que las fresadoras produjeran un modelo físico.

En julio de 1960, IBM presentó a GM un contrato formal de desarrollo para una "Máquina de Expresión Gráfica" o "Proyecto GEM". ^{[ 5 ] [ 6 ]} El sistema se basaba en la 7090, la oferta estándar de IBM para grandes empresas en aquel entonces, junto con dos nuevos controladores de canal para el sistema de disco duro IBM 1301 , aún por lanzar , y un controlador personalizado para gestionar múltiples terminales gráficas. La salida de las terminales podía enviarse a un trazador, a una película de diapositivas de 35 mm. ^{[ 7 ]} IBM estimó que el sistema se instalaría en un plazo de 18 meses tras la firma del contrato. GM aceptó la oferta en noviembre de 1960. ^{[ 8 ]} 

El desarrollo se prolongó más de lo previsto. Mientras se instalaba el 7090 en GM Research en Warren, Michigan , los equipos de GM utilizaron uno de los 7090 de IBM en Kingston, Nueva York . A medida que se acercaba la fecha de producción original, el número de empleados de GM que viajaban a Nueva York se convirtió en un grave problema presupuestario, que se solucionó cuando GM alquiló un avión Convair para los vuelos de traslado entre las dos sedes. Un problema más grave fue el sistema de escaneo, y un equipo conjunto de GM e IBM finalmente logró resolverlo. ^{[ 9 ]}

El sistema se sometió a una demostración completa en la planta de IBM en Kingston en diciembre de 1962. Las demostraciones tuvieron tanta afluencia que se instalaron gradas para que todos los asistentes pudieran ver la pantalla del terminal. La alta demanda de uso durante las demostraciones acabó provocando el fallo del sistema de disco. ^{[ 8 ]} El sistema de producción DAC-1 se puso en marcha en Warren en abril de 1963. ^{[ 8 ]} En ese momento, el 1301 no estaba listo, por lo que se utilizaron en su lugar un IBM 1401 y un IBM 1405. ^{[ 9 ]}

DAC-1 fue uno de los primeros sistemas CAD de producción en entrar en uso; solo el sistema Digigraphics construido por Itek lo superó, aunque en la medida de una sola máquina antes de que fuera adquirido por Control Data Corporation . ^{[ 10 ]}

En noviembre de 1963, se utilizó DAC-1 para crear un modelo de la tapa de un maletero de forma lineal. Se leyó un boceto original, se limpió en la terminal, se convirtió a 3D y luego se envió a una fresadora . ^{[ 11 ]}

Tras el exitoso lanzamiento del DAC-1, IBM se dedicó a comercializar el sistema en el "Proyecto Alpine". Los resultados de Alpine fueron el terminal gráfico IBM 2250 , la grabadora de película 2280 y el escáner de película 2281. A diferencia del 7090 del DAC-1, todos los productos Alpine estaban diseñados para usarse con la recién anunciada serie de computadoras IBM 360. El terminal gráfico tuvo bastante éxito e IBM se convirtió en un importante proveedor de software CAD. La impresora y el escáner de película tuvieron poca acogida entre los clientes que estaban migrando a flujos de trabajo totalmente digitales, y posteriormente se dejaron de dar soporte. ^{[ 8 ]}

DAC siempre se concibió como una especie de "experimento a gran escala", no como un sistema de producción. Como sistema experimental, DAC tuvo un éxito rotundo, pero sus diseñadores eran conscientes de que se necesitaría un desarrollo adicional para que resultara realmente útil. En 1967, el proyecto CAD finalizó oficialmente. Para entonces, IBM ya había abandonado la serie 7090 en favor de la 360 y estaba trabajando en su sucesora, la IBM System/370 . DAC pasó del departamento de Investigación a Fisher Body, pero, al estar obsoleto, posteriormente fue donado a la Universidad de Michigan. ^{[ 12 ]}

Al ser consultados, los líderes de equipo del proyecto señalaron unánimemente el sistema operativo orientado a procesamiento por lotes como el principal impedimento para un sistema de diseño verdaderamente interactivo, siendo el rendimiento de la computadora y un sistema de archivos jerárquico preocupaciones secundarias. Esto dio lugar al sistema MCTS, " Sistema de Tiempo Compartido de Consola Múltiple ", una versión de Multics adaptada para su propio uso, que desarrollaron en la computadora CDC STAR-100 . ^{[ 12 ]}

El sistema DAC-1 incluía su propio sistema operativo personalizado , conocido, como era típico en la época, simplemente como "monitor". Monitor se basaba en los sistemas de procesamiento por lotes anteriores desarrollados en GM e IBM, pero los lotes se alimentaban no desde tarjetas perforadas, sino desde los controladores de canal conectados. Los terminales que debían intercambiar información con la computadora host colocaban datos en el controlador para su retransmisión, lo que provocaba una interrupción. La máquina host atendía la interrupción copiando los datos del terminal al monitor de lotes, que los ejecutaba como si la entrada hubiera provenido de una pila de tarjetas. El programa DAC consistía en varios programas pequeños que eran llamados por el monitor de lotes. Su salida se copiaba luego de vuelta a los terminales como si fueran impresoras. Los usuarios que no estaban interactuando activamente con los terminales en un momento dado cedían automáticamente su tiempo a otros usuarios. ^{[ 9 ]} Aunque el término no era de uso generalizado en ese momento, el sistema DAC-1 fue, por lo tanto, un ejemplo temprano de un sistema de tiempo compartido .

A diferencia de los sistemas por lotes tradicionales, donde los operadores programaban manualmente los flujos de trabajo para obtener el acceso más rápido posible a los recursos, la carga de trabajo de DAC-1 era impredecible. Esto generaba situaciones en las que una solicitud podía desconectar un dispositivo para su mantenimiento, por ejemplo, para cambiar cintas, y luego solicitar datos de ese mismo dispositivo. Aunque no se encontró una solución general al problema, los programadores invirtieron un esfuerzo considerable en garantizar que todos los módulos necesarios para una operación específica pudieran cargarse en un único "grupo". ^{[ 13 ]}

El 7090 original tenía un único  banco de memoria de 32 kbytes. Para mejorar el rendimiento, el software DAC-1 se dejó en el núcleo, aislado en uno de dos  bancos lógicos de 16 kbytes. Los otros 16  kbytes contenían el monitor de lotes y un controlador de interrupciones que lo gestionaba. Con la introducción del 7094, los dos programas se separaron en sus propios  almacenes físicos de 32 kbytes. ^{[ 9 ]} Esto dejó poco espacio para programas y datos de usuario. Después de la primera instalación del DAC-1, el 7090 original fue relegado a otras tareas y reemplazado por un IBM 7094 -II. Además de ser más rápido, esta máquina estaba equipada con dos almacenes de memoria del núcleo  de 32 kbytes , una disposición inusual. Los dos bancos permitieron que DAC tuviera 32 kbytes completos para sí mismo. 

La programación del sistema DAC se realizaba con el compilador FORTRAN IV de IBM, pero pronto se hizo evidente que un lenguaje con primitivas gráficas sería muy conveniente. GM partió de una variante existente de ALGOL 58 de la Universidad de Michigan , MAD ( Michigan Algorithm Decoder ), a la que añadió funcionalidades para crear su propia versión, NOMAD. NOMAD también permitía ejecutar el código en cualquier parte de la memoria, lo cual era fundamental, especialmente en la máquina anterior con memoria limitada. Más del 90 % del sistema DAC se programó en NOMAD. ^{[ 13 ]}

También se desarrolló un lenguaje similar para la tarea específica de ejecutarse en los controladores de canal. El nuevo lenguaje se denominó "Maybe" (Quizás), ya que no estaba claro si funcionaría o no. Maybe se convirtió en un proyecto conjunto entre GM y la Universidad de Michigan, y de hecho se utilizó en el sistema de producción. ^{[ 13 ]}

El sistema DAC-1 también incluía un lenguaje personalizado destinado a los usuarios, no a los programadores. DGL, acrónimo de "lenguaje de geometría descriptiva", era un lenguaje sencillo específico del dominio que contenía varios operadores geométricos básicos y asignación de variables. Los usuarios podían escribir programas en DGL e introducirlos en el DAC mediante tarjetas perforadas. El resultado eran nuevos módulos que el usuario podía llamar dentro del entorno interactivo. ^{[ 13 ]}

DAC se diseñó con un flujo de trabajo en mente: bocetos en papel y lápiz, digitalización en el lector, manipulación menor en las terminales y, finalmente, impresión o modelado. A pesar de ser la pieza central de la operación, se le prestó poca atención a la terminal gráfica durante el proceso de diseño. ^{[ 14 ]} Los problemas de rendimiento limitaron los diagramas a unos 1000 vectores; en ese punto, el tiempo de actualización se volvió tan lento que la pantalla se volvía difícil de usar debido al parpadeo.

El diseño de IBM utilizaba una pantalla capacitiva con un lápiz metálico para la entrada, proporcionando una coordenada X e Y de lectura directa. ^{[ 14 ]} El sistema básico era similar a los sistemas modernos de pantalla táctil como el iPhone , pero no era lo suficientemente sensible como para detectar un dedo y, en su lugar, requería un conductor cableado para completar el circuito. El lápiz reemplazó a los punteros láser porque era mucho más rápido de decodificar; un puntero láser tenía que esperar un pulso de luz cuando se redibujaba un vector y luego recorrer la lista de vectores para averiguar cuál estaba seleccionado.

En su uso, se descubrió rápidamente que sostener el lápiz frente a la pantalla vertical del monitor resultaba extremadamente cansador, por lo que se abandonó la idea de usar la terminal para la entrada de datos. Posteriormente, el equipo de GM visitó el laboratorio de Douglas Engelbart , donde vieron el primer ratón de ordenador , y basaron sus proyectos futuros en este dispositivo. ^{[ 14 ]}

Todos los terminales estaban conectados a un único controlador, y este a su vez al 7090 a través de su entrada del canal C. Los canales A y B se utilizaban para controlar las unidades de cinta magnética , y el canal D controlaba el disco 1301.