Історія комп'ютера ENIAC (цифровий інтегратор та калькулятор). "ЕВМHISTORY": ENIAC. Історія унікальної машини Що таке eniac у якому році створено

💖 Подобається?Поділися з друзями посиланням

ЕОМ першого покоління. Еніак (ENIAC)

Починаючи з 1943 року, група фахівців під керівництвом Говарда Ейкена, Дж. Моучлі та П. Еккерта у США почала конструювати обчислювальну машину на основі електронних ламп, а не на електромагнітних реле. Ця машина була названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) і працювала вона у тисячу разів швидше, ніж "Марк-1". ENIAC містив 18 тисяч вакуумних ламп, важив 30 тонн та споживав потужність 150 кіловат. ENIAC мав і суттєвий недолік - управління ним здійснювалося за допомогою комутаційної панелі, у нього була відсутня пам'ять, і для того, щоб задати програму доводилося протягом декількох годин або навіть днів приєднувати потрібним чином дроти. Найгіршим із усіх недоліків була жахлива ненадійність комп'ютера, оскільки за день роботи встигало вийти з ладу близько десятка вакуумних ламп.

Щоб спростити процес завдання програм, Моучлі та Еккерт стали конструювати нову машину, яка могла б зберігати програму у своїй пам'яті. У 1945 році до роботи було залучено знаменитого математика Джона фон Неймана, який підготував доповідь про цю машину. У цьому доповіді фон Нейман ясно і сформулював загальні принципи функціонування універсальних обчислювальних пристроїв, тобто. комп'ютерів. Це перша машина, що діє, побудована на вакуумних лампах, офіційно була введена в експлуатацію 15 лютого 1946 року. Цю машину намагалися використати для вирішення деяких завдань, підготовлених фон Нейманом та пов'язаних із проектом атомної бомби. Потім її було перевезено на Абердинський полігон, де працювала до 1955 року.

ENIAC став першим представником 1-го покоління комп'ютерів. Будь-яка класифікація умовна, але більшість фахівців погодилося з тим, що розрізняти покоління слід, виходячи з тієї елементної бази, на основі якої будуються машини. Таким чином, перше покоління є ламповими машинами.

Практично всі рекомендації фон Неймана згодом використовувалися в машинах перших трьох поколінь, їхня сукупність отримала назву «архітектура фон Неймана». Перший комп'ютер, у якому було втілено принципи фон Неймана, було побудовано 1949 року англійським дослідником Морісом Уилксом. З того часу комп'ютери стали набагато потужнішими, але переважна більшість із них зроблено відповідно до тих принципів, які виклав у своїй доповіді в 1945 році Джон фон Нейман.

Нові машини першого покоління змінювали одна одну досить швидко. 1951 року запрацювала перша радянська електронна обчислювальна машина МЕСМ, площею близько 50 квадратних метрів. МЕСМ мала 2 види пам'яті: оперативний пристрій, що запам'ятовує, у вигляді 4 панелей висотою в 3 метри і шириною 1 метр; та довготривала пам'ять у вигляді магнітного барабана об'ємом 5000 чисел.

Загалом у МЕСМ було 6000 електронних ламп, а працювати з ними можна було лише після 1,5-2 години після включення машини. Введення даних здійснювалося за допомогою магнітної стрічки, а висновок - пристроєм, що цифроводрукує, пов'язаним з пам'яттю. МЕСМ могла виконувати 50 математичних операцій на секунду, запам'ятовувати в оперативній пам'яті 31 число та 63 команди (загалом було 12 різних команд), і споживала потужність рівну 25 кіловатам.

1952 року на світ з'явилася американська машина EDWAC. Варто також відзначити побудований раніше, в 1949 році, англійський комп'ютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) – першу машину із програмою, що зберігається. У 1952 році радянські конструктори ввели в експлуатацію БЕСМ - найшвидшу діючу машину в Європі, а наступного року в СРСР почала працювати "Стріла" - перша в Європі серійна машина високого класу.

Серед творців вітчизняних машин насамперед слід назвати імена С.А. Лебедєва, Б.Я. Базилевського, І.С. Брука, Б.І. Рамєєва, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, О.М. Мямліна. У 50-х роках з'явилися й інші ЕОМ: "Урал", М-2, М-3, БЕСМ-2, "Мінськ-1", - які втілювали в собі все більш прогресивні інженерні рішення.

ЕОМ першого покоління, ці жорсткі та тихохідні обчислювачі, були піонерами комп'ютерної техніки. Вони досить швидко зійшли зі сцени, тому що не знайшли широкого комерційного застосування через ненадійність, високу вартість, труднощі програмування.

На читання 6 хв. Переглядів 182 Опубліковано 23.02.2018

Історія створення сучасного комп'ютера не налічує навіть ста років, хоча перші спроби полегшити рахунок було зроблено людиною 3000 років до нашої ери в Стародавньому Вавилоні. Проте сьогодні не кожному користувачеві відомо як виглядав. Варто зазначити, що він мав мало спільного із сучасним персональним пристроєм.

Екскурс в історію

Незважаючи на те, що перший комп'ютер був представлений громадськості лише наприкінці Другої світової війни, робота над цим розпочалася на початку XX століття. Але всі обчислювальні машини, створені до ENIAC, так і не знайшли практичного застосування, проте вони теж стали певними етапами руху прогресу.

  • Російський дослідник і вчений А. Крилов розробив першу машину, що вирішує диференціальні рівняння їх у 1912 року.
  • 1927 США, вчені розробили перший аналоговий апарат.
  • 1938 Німеччина, Конрад Цзуе створив модель комп'ютера Z1. Через три роки цей же вчений розробив наступну версію ЕОМ Z3, яка більше за інших була схожа на сучасні пристрої.
  • 1941 США, створено перший автоматичний обчислювач «Марк 1» за субпідрядним договором з компанією IBM. Послідовно з інтервалом у кілька років були створені такі моделі: Марк II, Марк III/ADEC, Марк IV.
  • 1946 США, публіці представленийнайперший комп'ютер у світі- ЕНІАК, який був практично застосовний у військових розрахунках.
  • 1949 Росія, Сергій Лебедєв представив на кресленнях першу радянську ЕОМ, до 1950 МЕСМ була побудована і запущена в масове виробництво.
  • 1968 Росія, А. Горохов створив проект машини, що містить материнську плату, пристрій введення, відеокарту та пам'ять.
  • 1975 США, створений перший серійний ЕОМ Альтаїр 8800. В основі пристрою був використаний мікропроцесор Intel

Очевидно, розробки не стояли дома і прогрес рухався семимильними кроками. Пройшло зовсім небагато часу і потужні безглузді пристрої трансформувалися у звичні нам сучасні персональні комп'ютери.

ENIAC - найперший комп'ютер у світі

Цьому пристрою хочеться приділити трохи більше уваги. Саме йому надано звання першого у світі ЕОМ, незважаючи на те, що до нього були розроблені деякі моделі. Це з тим, що ЭНИАК став першої ЕОМ, яка знайшла практичне застосування. Варто зазначити, що машина була запущена в експлуатацію у 1945 році та остаточно відключена від живлення у жовтні 1955 року. Погодьтеся, 10 років безперервної служби, чималий термін для першої обчислювальної машини, яка знайшла практичне застосування.

Як використовувалась ЕОМ

Від самого початку найперший комп'ютер у світістворювався для розрахунку таблиць стрілянини, потрібних для артилерійських військ. Команди обчислювачів не справлялися зі своєю роботою, оскільки на розрахунки був потрібен час. Тоді в 143 році військовій комісії було представлено проект електронного обчислювача, який був схвалений, і почалася активна побудова машини. Процес було завершено лише в 1945 році, тому застосувати ЕНІАК у військових цілях не вдалося і його забрали до університету Пенсільванії для обчислень при розробці термоядерної зброї.

Математичне моделювання стало складним завданням для першої ЕОМ, тому формування моделей відбувалося за максимально спрощеними схемами. Тим не менш, потрібного результату вдалося досягти і можливість створення водневої бомби була доведена саме за допомогою ЕНІАК. В 1947 машину стали використовувати для розрахунків методом Монте Карло.

Крім того, в 1946 на ENIAC вирішувалося завдання аеродинамічного характеру, фізик Д. Хартрі розбирав проблему обтікання повітрям крила літака при надзвукових швидкостях.

У 1949 році Фон Нейман розраховував на комп'ютері константи Пі іe.ЕНІАК представив дані з точністю до 2 тисяч знаків після коми.

У 1950 році на ЕОМ провели чисельний розрахунок прогнозу погоди, який виявився досить точним. Незважаючи на те, що самі обчислення займали дуже багато часу.

Автори машини

Назвати єдиного творця першої обчислювальної машини важко. Над ЕНІАК працювала велика команда інженерів і програмістів. Спочатку творцями проекту стали Джон Моклі та Джон Еккерт. Моклі тоді був викладачем інституту Мура, а Эккерт вважався у ньому як студент. Вони зайнялися розробкою архітектури комп'ютера та представили комісії проект ЕОМ.

Крім того, у створенні машини брали участь такі люди:

  • розробка акумуляторів – Джек Деві;
  • модуль введення-виведення даних – Гаррі Хаскі;
  • модуль множення – Артур Беркс;
  • модуль розподілу та вилучення кореня – Джефрі Чуан Чу;
  • провідний програміст – Томас Кайт Шарплес;
  • функціональні таблиці – Роберт Шоу;
  • науковий консультант – Джон фон Нейман.

Також над машиною працював цілий штат програмістів

Параметри пристрою

Як було зазначено вище,найперший у світі комп'ютербув зовсім несхожий сучасні устрою. Це була дуже масивна конструкція, що складається з більш ніж 17 тисяч ламп 16 типів, понад 7 тисяч кремнієвих діодів, 1,5 тисяч реле, 70 тисяч резисторів і 10 тисяч конденсаторів. У результаті вага першої чинної ЕОМ становила 27 тонн.

Технічні характеристики:

  • обсяг пам'яті пристрою – 20 число слів;
  • потужність, яку споживала машина – 174 квт;
  • обчислювальна потужність 5000 операцій складання на секунду. Для множення машина застосовувала множину, тому тут продуктивність падала і становила всього 357 операцій.
  • тактова частота – 100 кГц;
  • табулятор перфокарт для введення та виведення інформації.

Для обчислень використовувалася десяткова система числення, хоча двійковий код вже був відомий ученим.

Варто зазначити, що в процесі обчислень ЕНІАК вимагав стільки електроенергії, що найближче місто часто залишалося без електропостачання на багато годин. Для зміни алгоритму обчислення потрібно перекомутування пристрою. Фон Нейман після удосконалив ЕОМ і додав до неї пам'ять, що містить основні обчислювальні програми, чим значно спростив процес роботи програмістів.

ЕНІАК став комп'ютером нульового покоління. У його конструкції не можна вгадати передумови до створення сучасних пристроїв. Процеси обчислень також були налагоджені настільки продуктивно як, можливо, хотілося вченим. Проте саме ця машина довела, що створити повністю електронну обчислювальну машину можна і дала поштовх подальшому розвитку.

Сьогодні деякі деталінайпершого комп'ютера у світізберігаються у Національному музеї американської історії. Повна конструкція займає дуже багато місця, щоб була можливість надати її до огляду. Незважаючи на те, що це був один з перших дослідів зі створення машини, що діє, комп'ютер залишався в робочому стані цілих 10 років і в момент свого створення відіграв величезну і незамінну роль у розвитку комп'ютерних технологій.

Надалі машини ставали все менше, а їх можливості все ширші. 1976 року вийшов перший Apple-1. А перша комп'ютерна гра побачила світ у недалекому 1962 році. Навіть зараз розвиток комп'ютерних технологій не стоїть на місці. А як ви вважаєте, що нас чекає в майбутньому?

Починаючи з 1943 року група фахівців під керівництвом Говарда Ейкена, Дж. Моучлі та П. Еккерта у США почала конструювати обчислювальну машину на основі електронних ламп, а не на електромагнітних реле. Ця машина була названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) і працювала вона у тисячу разів швидше, ніж "Марк-1". ENIAC містив 18 тисяч вакуумних ламп, займав площу 915 метрів, важив 30 тонн і споживав потужність 150 кіловат. ENIAC мав і істотний недолік - управління ним здійснювалося за допомогою комутаційної панелі, у нього була відсутня пам'ять, і для того, щоб задати програму, доводилося протягом декількох годин або навіть днів під'єднувати потрібним чином дроти. Найгіршим із усіх недоліків була жахлива ненадійність комп'ютера, оскільки за день роботи встигало вийти з ладу близько десятка вакуумних ламп.

Щоб спростити процес завдання програм, Моучлі та Еккерт стали конструювати нову машину, яка могла б зберігати програму у своїй пам'яті. У 1945 році до роботи було залучено знаменитого математика Джона фон Неймана, який підготував доповідь про цю машину. У цьому доповіді фон Нейман ясно і сформулював загальні принципи функціонування універсальних обчислювальних пристроїв, тобто. комп'ютерів. Це перша машина, що діє, побудована на вакуумних лампах, офіційно була введена в експлуатацію 15 лютого 1946 року. Цю машину намагалися використати для вирішення деяких завдань, підготовлених фон Нейманом та пов'язаних із проектом атомної бомби. Потім її було перевезено на Абердинський полігон, де працювала до 1955 року.

ENIAC став першим представником 1-го покоління комп'ютерів. Будь-яка класифікація умовна, але більшість фахівців погодилося з тим, що розрізняти покоління слід, виходячи з тієї елементної бази, на основі якої будуються машини. Таким чином, перше покоління є ламповими машинами.

Пристрій та робота комп'ютера за «принципом фон Неймана»

Необхідно відзначити величезну роль американського математика фон Неймана у становленні техніки першого покоління. Потрібно було осмислити сильні та слабкі сторони ENIAC та дати рекомендації для подальших розробок. У звіті фон Неймана та його колег Г. Голдстайна та А.Беркса (червень 1946 року) було чітко сформульовано вимоги до структури комп'ютерів. Зазначимо найважливіші з них:

    машини на електронних елементах повинні працювати над десятковою, а двійковій системі числення;

    програма, як і вихідні дані, повинна розміщуватись у пам'яті машини;

    програма, як і числа, має записуватися у двійковому коді;

    проблеми фізичної реалізації пам'ятника, швидкодія якого відповідає швидкості роботи логічних схем, вимагають ієрархічної організації пам'яті (тобто виділення оперативної, проміжної і довгострокової пам'яті);

    арифметичне пристрій (процесор) конструюється з урахуванням схем, виконують операцію складання; створення спеціальних пристроїв для виконання інших арифметичних та інших операцій недоцільно;

    в машині використовується паралельний принцип організації обчислювального процесу (операції над числами проводять одночасно по всіх розрядах).

На наступному малюнку показано, якими мають бути зв'язки між пристроями комп'ютера згідно з принципами фон Неймана (одинарні лінії показують зв'язки, пунктир - інформаційні).

Арифметично-логічний пристрій

Пристрій керування

Зовнішні пристрої

Оперативна пам'ять

Малюнок – Зв'язки між пристроями

Практично всі рекомендації фон Неймана згодом використовувалися в машинах перших трьох поколінь, їхня сукупність отримала назву «архітектура фон Неймана». Перший комп'ютер, у якому було втілено принципи фон Неймана, було побудовано 1949 року англійським дослідником Морісом Уилксом. З того часу комп'ютери стали набагато потужнішими, але переважна більшість із них зроблено відповідно до тих принципів, які виклав у своїй доповіді в 1945 році Джон фон Нейман.

Нові машини першого покоління змінювали одна одну досить швидко. 1951 року запрацювала перша радянська електронна обчислювальна машина МЕСМ, площею близько 50 квадратних метрів. МЕСМ мала 2 види пам'яті: оперативний пристрій, що запам'ятовує, у вигляді 4 панелей висотою в 3 метри і шириною 1 метр; та довготривала пам'ять у вигляді магнітного барабана об'ємом 5000 чисел. Загалом у МЕСМ було 6000 електронних ламп, а працювати з ними можна було лише після 1,5-2 години після включення машини. Введення даних здійснювалося за допомогою магнітної стрічки, а висновок - пристроєм, що цифроводрукує, пов'язаним з пам'яттю. МЕСМ могла виконувати 50 математичних операцій на секунду, запам'ятовувати в оперативній пам'яті 31 число та 63 команди (загалом було 12 різних команд), і споживала потужність рівну 25 кіловатам.

1952 року на світ з'явилася американська машина EDWAC. Варто також відзначити побудований раніше, в 1949 році, англійський комп'ютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) – першу машину із програмою, що зберігається. У 1952 році радянські конструктори ввели в експлуатацію БЕСМ – найшвидшою машину в Європі, а наступного року в СРСР почала працювати «Стріла» – перша в Європі серійна машина високого класу. Серед творців вітчизняних машин насамперед слід назвати імена С.А. Лебедєва, Б.Я. Базилевського, І.С. Брука, Б.І. Рамєєва, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, О.М. Мямліна. У 50-х роках з'явилися й інші ЕОМ: "Урал", М-2, М-3, БЕСМ-2, "Мінськ-1", - які втілювали в собі все більш прогресивні інженерні рішення.

Проекти та реалізація машин «Марк-1», EDSAC і EDVAC в Англії та США, МЕСМ в СРСР заклали основу для розгортання робіт зі створення ЕОМ вакуумно-лампової технології – серійних ЕОМ першого покоління. Розробка першої електронної серійної машини UNIVAC (UniversalAutomaticComputer) була розпочата приблизно 1947 р. Еккертом і Маучлі. Перший зразок машини (UNIVAC-1) був побудований для бюро перепису США і пущений в експлуатацію навесні 1951 р. Синхронна, послідовної дії обчислювальна машина UNIVAC-1 створена на базі ЕВМЕНІЯ і EDVAC. Працювала вона з тактовою частотою 2,25 МГц та містила близько 5000 електронних ламп.

Порівняно зі США, СРСР та Англією розвиток електронної обчислювальної техніки в Японії, ФРН та Італії затримався. Перша японська машина "Фуджик" була введена в експлуатацію у 1956 році, серійне виробництво ЕОМ у ФРН почалося лише у 1958 році.

Можливості машин першого покоління були досить скромними. Так, швидкодія їх за нинішніми поняттями була малою: від 100 («Урал-1») до 20 000 операцій на секунду (М-20 1959 року). Ці цифри визначалися в першу чергу інерційністю вакуумних ламп і недосконалістю пристроїв, що запам'ятовують. Обсяг оперативної пам'яті був вкрай малий – в середньому 2048 чисел (слів), цього не вистачало навіть для розміщення складних програм, не кажучи вже про дані. Проміжна пам'ять організовувалася на громіздких та тихохідних магнітних барабанах порівняно невеликої ємності (5120 слів у БЭСМ-1). Повільно працювали і пристрої друку, а також блоки введення даних. Якщо ж зупинитися докладніше на пристроях вводу-виводу, можна сказати, що з початку появи перших комп'ютерів виявилося протиріччя між високою швидкодією центральних пристроїв і низькою швидкістю роботи зовнішніх пристроїв. Крім того, виявилася недосконалість та незручність цих пристроїв. Першим носієм даних у комп'ютерах, як відомо, була перфокарта. Потім з'явилися перфораційні паперові стрічки або перфострічки. Вони прийшли з телеграфної техніки після того, як на початку ХІХ ст. батько та син із Чикаго Чарлз та Говард Крами винайшли телетайп.

ЕОМ першого покоління, ці жорсткі та тихохідні обчислювачі, були піонерами комп'ютерної техніки. Вони досить швидко зійшли зі сцени, тому що не знайшли широкого комерційного застосування через ненадійність, високу вартість, труднощі програмування.

Починаючи з 1943 року група фахівців під керівництвом Говарда Ейкена, Дж. Моучлі та П. Еккерта у США почала конструювати обчислювальну машину на основі електронних ламп, а не на електромагнітних реле. Ця машина була названа ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) і працювала вона у тисячу разів швидше, ніж "Марк-1". ENIAC містив 18 тисяч вакуумних ламп, займав площу 915 метрів, важив 30 тонн і споживав потужність 150 кіловат. ENIAC мав і істотний недолік - управління ним здійснювалося за допомогою комутаційної панелі, у нього була відсутня пам'ять, і для того, щоб задати програму, доводилося протягом декількох годин або навіть днів під'єднувати потрібним чином дроти. Найгіршим із усіх недоліків була жахлива ненадійність комп'ютера, оскільки за день роботи встигало вийти з ладу близько десятка вакуумних ламп.

Щоб спростити процес завдання програм, Моучлі та Еккерт стали конструювати нову машину, яка могла б зберігати програму у своїй пам'яті. У 1945 році до роботи було залучено знаменитого математика Джона фон Неймана, який підготував доповідь про цю машину. У цьому доповіді фон Нейман ясно і сформулював загальні принципи функціонування універсальних обчислювальних пристроїв, тобто. комп'ютерів. Це перша машина, що діє, побудована на вакуумних лампах, офіційно була введена в експлуатацію 15 лютого 1946 року. Цю машину намагалися використати для вирішення деяких завдань, підготовлених фон Нейманом та пов'язаних із проектом атомної бомби. Потім її було перевезено на Абердинський полігон, де працювала до 1955 року.

ENIAC став першим представником 1-го покоління комп'ютерів. Будь-яка класифікація умовна, але більшість фахівців погодилося з тим, що розрізняти покоління слід, виходячи з тієї елементної бази, на основі якої будуються машини. Таким чином, перше покоління є ламповими машинами.

Пристрій та робота комп'ютера за «принципом фон Неймана»

Необхідно відзначити величезну роль американського математика фон Неймана у становленні техніки першого покоління. Потрібно було осмислити сильні та слабкі сторони ENIAC та дати рекомендації для подальших розробок. У звіті фон Неймана та його колег Г. Голдстайна та А.Беркса (червень 1946 року) було чітко сформульовано вимоги до структури комп'ютерів. Зазначимо найважливіші з них:

· Машини на електронних елементах повинні працювати не в десятковій, а в двійковій системі числення;

· Програма, як і вихідні дані, повинна розміщуватися в пам'яті машини;

· Програма, як і числа, повинна записуватися в двійковому коді;

· Проблеми фізичної реалізації запам'ятовуючого пристрою, швидкодія якого відповідає швидкості роботи логічних схем, вимагають ієрархічної організації пам'яті (тобто виділення оперативної, проміжної та довготривалої пам'яті);

· арифметичний пристрій (процесор) конструюється на основі схем, що виконують операцію додавання; створення спеціальних пристроїв для виконання інших арифметичних та інших операцій недоцільно;

· У машині використовується паралельний принцип організації обчислювального процесу (операції над числами проводяться одночасно по всіх розрядах).

На наступному малюнку показано, якими мають бути зв'язки між пристроями комп'ютера згідно з принципами фон Неймана (одинарні лінії показують зв'язки, пунктир - інформаційні).

Практично всі рекомендації фон Неймана згодом використовувалися в машинах перших трьох поколінь, їхня сукупність отримала назву «архітектура фон Неймана». Перший комп'ютер, у якому було втілено принципи фон Неймана, було побудовано 1949 року англійським дослідником Морісом Уилксом. З того часу комп'ютери стали набагато потужнішими, але переважна більшість із них зроблено відповідно до тих принципів, які виклав у своїй доповіді в 1945 році Джон фон Нейман.

Нові машини першого покоління змінювали одна одну досить швидко. 1951 року запрацювала перша радянська електронна обчислювальна машина МЕСМ, площею близько 50 квадратних метрів. МЕСМ мала 2 види пам'яті: оперативний пристрій, що запам'ятовує, у вигляді 4 панелей висотою в 3 метри і шириною 1 метр; та довготривала пам'ять у вигляді магнітного барабана об'ємом 5000 чисел. Загалом у МЕСМ було 6000 електронних ламп, а працювати з ними можна було лише після 1,5-2 години після включення машини. Введення даних здійснювалося за допомогою магнітної стрічки, а висновок - пристроєм, що цифроводрукує, пов'язаним з пам'яттю. МЕСМ могла виконувати 50 математичних операцій на секунду, запам'ятовувати в оперативній пам'яті 31 число та 63 команди (загалом було 12 різних команд), і споживала потужність рівну 25 кіловатам.

Можливості машин першого покоління були досить скромними. Так, швидкодія їх за нинішніми поняттями була малою: від 100 («Урал-1») до 20 000 операцій на секунду (М-20 1959 року). Ці цифри визначалися в першу чергу інерційністю вакуумних ламп і недосконалістю пристроїв, що запам'ятовують. Обсяг оперативної пам'яті був вкрай малий – в середньому 2048 чисел (слів), цього не вистачало навіть для розміщення складних програм, не кажучи вже про дані. Проміжна пам'ять організовувалася на громіздких та тихохідних магнітних барабанах порівняно невеликої ємності (5120 слів у БЭСМ-1). Повільно працювали і пристрої друку, а також блоки введення даних. Якщо ж зупинитися докладніше на пристроях вводу-виводу, можна сказати, що з початку появи перших комп'ютерів виявилося протиріччя між високою швидкодією центральних пристроїв і низькою швидкістю роботи зовнішніх пристроїв. Крім того, виявилося

недосконалість та незручність цих пристроїв. Першим носієм даних у комп'ютерах, як відомо, була перфокарта. Потім з'явилися перфораційні паперові стрічки або перфострічки. Вони прийшли з телеграфної техніки після того, як на початку ХІХ ст. батько та син із Чикаго Чарлз та Говард Крами винайшли телетайп.

ЕОМ першого покоління, ці жорсткі та тихохідні обчислювачі, були піонерами комп'ютерної техніки. Вони досить швидко зійшли зі сцени, тому що не знайшли широкого комерційного застосування через ненадійність, високу вартість, труднощі програмування.

ENIAC складалася з 42 блоків розміром приблизно 2,75 0,7 0,3 м, в яких було розташовано 30 окремих пристроїв (units): система живлення; будову пуску та зупинки машини; тактовий генератор (cycling unit); центральний програмуючий пристрій - комутаційна дошка (набірне поле), окремі гнізда якої з'єднувалися штекерами; 20 регістрів-акумуляторів, що грали роль оперативної пам'яті та підсумовує (віднімає) пристрою; помножувач; будову поділу/вилучення квадратного кореня; три змінні функціональні таблиці; релейний буферний пристрій, що здійснював зв'язок між машиною та пристроєм зчитування перфокарт; так званий master programmer (“керуючий програматор”) та деякі інші.

Пристрої поєднувалися між собою двома групами 11-провідних коаксіальних кабелів. Одна група кабелів утворювала цифрову магістраль, через яку передавалися послідовності імпульсів, що представляють числові дані. Окремий провідник (жила) у кабелі відповідав одному десятковому розряду (плюс жила знака числа), а значення цифри, що передається, дорівнювало числу імпульсів, що пройшли по даному провіднику. Друга група кабелів була програмною магістраллю і передавала імпульси, що управляють послідовністю операцій у різних пристроях залежно від установок штекерів на дошці комутації. Кожен провідник у кабелі був незалежною програмною лінією (програмний канал) і ніс певний керуючий сигнал від тактового генератора (ТГ).

ЕОМ ENIAC-2

ENIAC була синхронною машиною: ТГ, імпульси якого безперервно та одночасно передавалися у всі пристрої машини, координував її дії. Генератор працював на частоті 100 кГц і кожні 200 мкс видавав набір імпульсів, тривалість яких дорівнювала приблизно 2 мкс, а часовий інтервал між ними - 10 мкс. Перший із цих імпульсів іменувався центральним програмним імпульсом (central programming pulse, СРР) і задавав початок і закінчення машинних операцій (окремий пристрій, виконавши властиву йому операцію, передавало СРР як свій вихідний програмний імпульс іншому устрою, ініціюючи його). Основний машинний цикл дорівнював часу одного додавання, яке займало 200 мкс (тобто виконувалося 5000 додавань на секунду). Час виконання інших арифметичних операцій становило цілу кількість циклу складання.

Посилані одночасно програмні імпульси, кожен із яких мав своє призначення, дозволяли до певної міри розпаралелити виконання операцій: наприклад, один акумулятор виконував додавання, інший - отримував дані з функціональної таблиці, третій - передавав дані на перфорацію і т. д. (звичайно, при умови, що результат обчислень, що зберігається в акумуляторі, не був потрібний для наступної арифметичної операції) .

Основними електронними схемами машини були тригери, комірки "і", що діяли як перемикачі, та комірки "або", призначені для об'єднання на одному виході імпульсів, що йдуть від різних джерел. Десять тригерів з'єднувалися в кільце, утворюючи десятковий (декадний) лічильник, який виконував ту ж роль, що й лічильне колесо в механічних лічильних машинах (таким чином, для представлення однієї десяткової цифри потрібно 20 тріодів). Десять таких кілець плюс тригер для представлення знака числа становили запам'ятовуючий регістр (всього в ENIAC їх було 20). Кожен із регістрів був забезпечений схемою передачі десятків і був акумулятором, тобто використовувався не тільки як пам'ять, але і як суматор-вичитувач. Ці операції виконувалися шляхом підрахунку імпульсів, що надходять на вхід лічильників.

Операція множення виконувалася в швидкодіючий пристрій множення (помножувачі). Він задіяв чотири акумулятори та вбудовану таблицю множення 9ґ9, виконану на резистивній матриці (у тих випадках, коли було необхідно отримати 20-розрядний твір, використовувалося шість акумуляторів). Два акумулятори служили для запам'ятовування операндів, два - для зберігання приватних творів. Коли на входах матриці з'являлися імпульси, що відповідають одному розряду множника і одному розряду множника, вона виробляла імпульси, що представляли їхній приватний твір. Цифри одиниць цього твору прямували до одного акумулятора, цифри десятків - до іншого. Після закінчення множення на чергову цифру множника, він зрушувався на розряд вліво і знову множилося. Коли всі цифри двох 10-розрядних чисел були перемножені, в одному з акумуляторів здійснювалося підсумовування накопичених приватних творів (метод поділу цих творів на "одиничну" і "десяткову" частини був, отже, такий самий, як Harvard Mark I, - див. "Електромеханічний колос"). Весь процес перемноження двох 10-розрядних чисел займав в ENIAC'і 2,8 мс (або 357 множень за секунду).

Пристрій поділу та вилучення квадратного кореня також складався з чотирьох акумуляторів: у першому поміщався поділений (або підкорений вираз), у другому - дільник (або подвоєний квадратний корінь), у третьому - приватний, четвертий акумулятор використовувався для виконання операції зсуву. У процесі поділу дільник віднімався з діленого доти, доки різницю не ставала негативною. Після цього процес переривався, залишок ділимого відсилався в четвертий акумулятор для зсуву на одну позицію вліво і потім повертався в перший акумулятор і підсумовувався дільником до тих пір, поки сума не ставала позитивною. При цьому відповідний розряд акумулятора приватного посилалася або +1, або -1 (залежно від того, складався або віднімав дільник). Процес вилучення кореня проводився аналогічним чином. Оперуючи з 10-розрядними числами, ЕНІАК виконувала за секунду 40 операцій поділів та 3 операції вилучення кореня.

У функціональних таблицях також використовувалися резистивні матриці та набори перемикачів, за допомогою яких можна було встановити 12 цифр та 2 знаки для кожного із 104 незалежних аргументів. Спочатку функціональні таблиці замислювалися для зберігання значень функцій, але потім стали застосовуватися для зберігання констант, необхідних для обчислень. При розв'язанні будь-якої задачі до ENIAC"у була приєднана лише одна таблиця, а дві інші в цей час готувалися операторами для вирішення наступних завдань (ідея, запозичена з конструкції табуляторів IBM).

Вихідні дані вводилися в машину із перфокарт. Для цього служив стандартний IBM"івський зчитувальний пристрій. Оскільки швидкість зчитування (приблизно 2 числа в секунду) у багато разів поступалася швидкодії арифметичних операцій, те, щоб виключити простоювання акумуляторів під час введення даних, розробники доповнили машину буфером, що складався з 1500 телефонних реле ( його розробив Семюел Вільямс, один з конструкторів машин Bell Labs).Буфер, або, як його називали, “передавач констант” (constant transmitter), перетворював лічене число в послідовність імпульсів, еквівалентну цьому числу, і після отримання СРР від ENIAC а направляв дані в акумулятори. Буфер також приймав результати обчислень від акумуляторів, звільняючи останні для виконання властивих їм операцій, і направляв отримані дані на перфоратор або на друкування на табулятор. Крім того, передавач констант перетворював негативні числа, представлені десятковим доповненням, у звичайну форму і мав на передній панелі набір перемикачів, за допомогою якого машину можна було ввести ряд констант.

Зрозуміло, творці ENIAC"а передбачили комплекс заходів для діагностики окремих пристроїв машини. Один з них полягав у подачі на акумулятори одиночних імпульсів від тактового генератора, що дозволяло визначити тригер, що вийшов з ладу (по характерному світінню підключених до акумуляторів неонових лампочок). діагностики була покрокова прогін тестової програми.

Програмуванням машини - розробники називали цей процес "установкою" (setting up) - займалася група із семи молодих жінок-математиків (серед них були дружини Моучлі, Беркса та Голдстайна). Виконувалося воно так. По-перше, за допомогою комутаційної дошки та штекерів з'єднувалися між собою пристрої, які повинні були брати участь у вирішенні конкретного завдання. По-друге, звані приймально-передавальні перемикачі (transceiver switches), розташовані на передній панелі кожного з цих пристроїв, встановлювалися в положення "включено" і утворювали місцеві програмно-керуючі ланцюги (local program-control circuits). Увімкнене положення перемикачів дозволяло пристрою виконувати його дії після приходу програмного імпульсу від ТГ. Крім того, на панелі пристроїв був встановлений багатополюсний кроковий розподільник (stepper switches), який дозволяв здійснювати багаторазове (до дев'яти разів поспіль) повторення тих самих операцій.

Для організації заданого числа ітераційних циклів, з'єднання окремих послідовностей обчислень в єдиний ланцюг, зміни черговості виконання цих послідовностей за допомогою команди умовного переходу в машину було введено пристрій, названий авторами master programmer і що містить десять 6-розрядних лічильників кроків (stepper counter), з'єднаних з декількома декадними лічильниками.

Описаною вище дією передувала тривала паперова робота. З допомогою настановної таблиці (setup table) детально описувалася послідовність операцій, необхідні рішення конкретної задачи. Таблиця мала 27 колонок (по одній для кожного акумулятора та функціональних таблиць, для керуючого програматора, передавача констант і т. д.) і містила тимчасову послідовність програмних установок, вхідних та вихідних імпульсів для кожної операції. Програмування машини було таким чином трудомістким і тривалим процесом (він займав часом дні і навіть тижні). Будь-яка "установка" машини змінювала її конфігурацію і перетворювала її на спеціалізований пристрій для вирішення конкретного завдання, а "програма" ставала внутрішньою, невід'ємною частиною ENIAC"а. Це було, звичайно, недоліком порівняно з електромеханічними машинами, керованими за допомогою перфорованих стрічок.

Чи отримали військові те, що хотіли? Здається, так. На настільній лічильній машині обчислення 60-секундної траєкторії польоту снаряда займали 20 год, диференціальний аналізатор дозволяв отримати той же результат (наближений) за 15 хв, ENIAC"у ж вимагалося всього 30 с - половина часу польоту.

Протягом усього 1946 року машина залишалася в Мурівській школі. Хоча війна закінчилася, ENIAC продовжували використовувати у військових цілях - при розрахунку таблиць стрільб і обчислення, які повинні були підтвердити можливість створення водневої бомби (машина успішно впоралася з цим завданням, що потребувала обробки близько мільйона перфокарт). Втім, і мирними завданнями вона не зневажала. На початку 1947 р. ENIAC було передано в Ебердін і в серпні знову введено в дію. У її подальшому активі були вирішення завдань для метеорологів та фізиків, які вивчали космічні промені та досліджували поширення ударних хвиль, тощо.

Головна інженерна проблема, з якою зіткнулися творці та користувачі ENIAC"а, була проблема частих виходів з ладу електронних ламп. Пізніше історики підрахували, що за наявності майже 17,5 тис. ламп, що не відрізнялися на той час високою надійністю і працювали одночасно з частотою 100 кГц, кожну секунду виникало 1,7 млрд. ситуацій, при яких хоча б одна з них "летіла", що призводило до збою в роботі всього колосу, тоді ні в радіотехніці, ні в радарах і дешифрувальних пристроях6 такого "лампового" достатку” і близько не було, і багато опонентів Моучлі - Еккерта сумнівалися, що ENIAC зможе протриматися без збою хоча б кілька годин (попри те, що електронні компоненти, що призначалися для машини, ретельно тестувалися, а якості паяння приділялася особлива увага).

Перші роки експлуатації машини майже підтвердили сумніви скептиків (1946 р. середній час напрацювання ENIACа на відмову становив 5,6 год). Пізніше ситуація дещо виправилася, насамперед завдяки тому, що за порадою інженерів корпорації RCA напруга живлення ламп була зроблена менше стандартного, рекомендованого довідниками, а лампи тривалий час тренували перед тим, як встановити в машину. Крім того, інженери-експлуатаційники встановили, що найбільш масові відмови ламп відбуваються при включенні та вимкненні ENIAC"а (що цілком зрозуміло фізичними процесами, що відбуваються в них в перехідному режимі). Звідси - радикальний, хоча і недешевий спосіб підвищення надійності машини: ніколи не Вимикати її!Слідуючи йому, вдалося домогтися, що ENIAC працювала без збою кілька років (рекордний час - 116 год поспіль машина пропрацювала в 1954 р.).

Ще одне джерело головного болю експлуатаційників, що перебував у впливі нестабільності промислової мережевої напруги на роботу електронних блоків, було усунено в 1950 р., коли живлення машини почали здійснювати від автономної системи мотор-генератор (так само запитувалася створена набагато пізніше радянська машина М-20, де працював автор).

Інженери та програмісти Ебердинської лабораторії внесли й інші корисні зміни до ENIAC. Наприклад, 1951 р. було розроблено електронний пристрій вибірки інформації з функціональних таблиць; наступного року до складу машини було введено швидкодіючий пристрій зсуву, що суттєво зменшило час виконання операцій розподілу та вилучення квадратного кореня; нарешті, у липні 1953 р. в машину вбудували пам'ять на феритових сердечниках ємністю в 100 слів, розроблену Burroughs Corp.

Але, мабуть, найважливішим нововведенням, стала модифікація процесу програмування, запропонована 1947 р. Джоном фон Нейманом і реалізована наступного року співробітником BRL д-ром Річардом Г. Кліппінгером (Richard. H. Clippinger, 1914-2003). Було виготовлено електронний блок, який перетворював протягом циклу складання одне з шести десятків дворозрядних чисел, встановлених на функціональній таблиці, у відповідне число імпульсів СРР, які посилалися програмною магістраллю і ініціювали виконання однієї з 60 команд. Завдяки цьому нововведенню відпадала необхідність у штекерних наборах на комутаційній дошці, що значно (до кількох годин) зменшувало час програмування та, крім того, спрощувало тестування будь-якого пристрою машини. Таким чином, кожна функціональна таблиця перетворювалася на постійне запам'ятовуючий пристрій невеликої ємності, а ENIAC ставала машиною послідовної дії з внутрішньо збереженою програмою. При цьому вона позбавлялася можливості паралельного виконання кілька програмних кроків, а її швидкодія знижувалася приблизно в шість разів. Згодом Еккерт писав, що вони з Моучлі припускали можливість такої модифікації вже на початковій стадії конструювання машини (що підтверджується одним і тим самим числом жил "цифрових" та "програмних" кабелів).

Перша універсальна ЕОМ пропрацювала загалом 80223 год і закінчила свій життєвий шлях 2 жовтня 1955 в 23 год 15 хв. Доля її головних “будівельників” склалася непросто.

Моучлі та Еккерт вважали, що авторські права на машину належать їм, оскільки ніхто з керівників MSEE не брав участі в реалізації Проекту РХ. Тому вони звернулися до президента університету за дозволом подати заявку на патент від імені. Президент погодився, але за умови, що в тексті заявки буде сказано: "Автори передадуть уряду США та університету вільну від авторських відрахувань ліцензію на виробництво таких машин для некомерційних цілей". Моучлі та Еккерт відмовилися вносити будь-які зміни до вже підготовленого тексту і 31 березня 1946 р. пішли з університету, щоб організувати власну компанію (про неї буде сказано в одній із наступних статей).

Патент на ENIAC (№ 3120606 від 26 червня 1947 р.) вони отримали разом з кількома членами своєї команди, але на тому їхні пригоди не закінчилися.

Через 30 років після початку роботи над машиною, 19 жовтня 1973 р., федеральний суддя Ерл Річард Ларсен в окружному суді Міннеаполіса після 135-денних засідань ухвалив: “Еккерт і Моучлі не винайшли першими автоматичну електронну цифрову обчислювальну машину, а витягли д-ра Джона Вінсента Атанасофф”.

Чи мали Ларсена підстави для прийняття такого несподіваного для комп'ютерного світу рішення? Про це – у наступній статті.

Примітки

Заснована в 1923 р. і названа на честь виробника кабелів Альфреда Фітлера Мура (Alfred Fitler Moorе), який пожертвував факультету електротехніки окрему будівлю.

У 2004 р. чіп розміром 0,5 кв. мм забезпечував таку ж продуктивність, як і ENIAC.

Повною мірою завдання розпаралелювання програм було вирішено через багато років.

Віднімання виконувалося як додавання з десятковим додаванням.

Наприкінці 1943 р. у Британії було введено у дію обчислювально-логічна машина “Колосс” (Colossus), яка призначалася для дешифрування радіоперехоплень повідомлень фашистських збройних сил. Машина містила 1500 електронних ламп, проте відомості про неї були розсекречені лише у 1970-ті роки.

При цьому не можна не відзначити, що завдяки своїй швидкодії ЕНІАК могла за одну годину виконати обсяг обчислень, з яким така релейна машина, як біллівська Model V, впоралася б за 15 днів безперервної роботи.

З циклу статей Ю. Полунова "Історичні машини".
Статтю опубліковано в PCWeek/RE № 13 від 19.04.2006 р.



Розповісти друзям