Эниак компьютер: История электронных компьютеров, часть 3: ENIAC / Хабр

Как первый в мире компьютер спасли от забвения на свалке

Эксцентричных миллиардеров сложно чем-то удивить, поэтому, получая расплывчатые задания, их помощники всегда должны мыслить масштабно. Люди, работающие на Росса Перо поступили именно так, когда в 2006 году их босс объявил, что хочет декорировать свой офис в Плано, штат Техас [пригород Далласа, – здесь и далее прим. перев.] «реликвиями» из мира вычислительной техники. Зная, что нескольких жалких Apple I и Altair 880 будет недостаточно, чтобы удовлетворить запросы бывшего кандидата в президенты, его сотрудники решили нацелиться на более крупную рыбу и найти большой блок от ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer, Электронный Числовой Интегратор и Вычислитель).

ENIAC, 27-тонный клубок электронных ламп и диодов, занимавший площадь в 1800 квадратных футов [ок. 167 кв.м.], считается первым в мире настоящим компьютером (хотя некоторые называют это утверждение спорным). Та часть этого компьютера, которую помощники Перо разыскали и с любовью восстановили, сейчас впервые выставляется на публичное обозрение на той же военной базе, где ENIAC практически сгнил, оставшись в забвении.

Компьютер ENIAC, 1946 год

ENIAC был задуман в разгар Второй Мировой войны как средство, способное помочь артиллеристам вычислять траектории полета снарядов. Хотя его сборка началась за год до Дня Д [день высадки армии союзников в Нормандии, 6 июня 1944 года], компьютер впервые заработал только в ноябре 1945, когда гром орудий вооруженных сил США уже утих. Но военные продолжали видеть перспективы в использовании ENIAC, так как началась Холодная Война – машину с 17 468 электронными лампами взяли в оборот создатели первой водородной бомбы, которым нужно было протестировать возможности своих ранних разработок. Ученые из Лос-Аламос позднее заявляли, что не смогли бы достичь успеха без невероятных вычислительных возможностей ENIAC: машина могла выполнить 5 000 операций в секунду – это делало ее в тысячи раз быстрее электромеханических вычислителей того времени (к слову, iPhone 6 может выполнить 25 миллиардов операций в секунду).

Дж. Преспер Эккерт и Джон У. Мокли с компьютером ENIAC. Университет Пенсильвании, 1946

Однако, когда в 1955 году армия объявила ENIAC устаревшим, к историческому изобретению отнеслись без должного уважения: 40 панелей компьютера, каждая из которых весила примерно 858 фунтов [почти 390 кг.], разделили и складировали без особой аккуратности. Часть аппаратного обеспечения осталась в руках тех, кто ценил значимость машины: например, инженер Артур Беркс пожертвовал свою панель Университету Мичигана, а Смитсоновский институт постарался приобрести пару панелей для собственной коллекции. Но как к своему огорчению пришлось констатировать Либби Карфт, директору специальных проектов Перо, большая часть ENIAC пропала на разрозненных складах почти как Ковчег Завета в конце фильма «Индиана Джонс: в поисках утраченного ковчега».

Потерянный под тоннами бумаг

«Время шло, и новые сотрудники, приходя на склады, получали в наследство журналы записей, которые велись не так хорошо, как следовало бы», – говорит Крафт, которая была главным лицом, ответственным за поиск того, что осталось от ENIAC. «И когда им нужно было дополнительное место, они вполне могли обратить внимание на груду металла, о которой им ничего не было известно. А потом запросто могли от нее избавиться».

Крафт была на грани того, чтобы прекратить поиски, когда один армейский чиновник отыскал документы, свидетельствующие о том, что часть панелей когда-то были перевезены с испытательного полигона в Абердине (штат Мериленд) в Форт Силл в Оклахоме в военный музей полевой артиллерии. Когда Крафт обратилась в Форт Силл, чтобы навести справки, куратор музея был в шоке, узнав, что в музее находился самый большой в мире блок ENIAC – в общей сложности девять панелей, все из которых хранились в безымянных деревянных ящиках, которые никто не открывал уже многие годы. Представителям Форта Силл неизвестно, как у них оказалась практически четверть компьютера ENIAC, часть которого была привезена в Оклахому с Военного Склада в Аннистоне (штат Алабама).

Техник ENIAC меняет электронную лампу

Крафт заключила сделку, согласно которой ее компания могла позаимствовать панели из Форта Силл в обмен на обещание отреставрировать аппарат до достижения внешнего сходства с прежним его величием. Реставрационный проект вел Дэн Глиисон, инженер из Perot Systems, у которого не было никакого опыта в починке винтажных компьютеров. Глисон достаточно быстро выяснил, что не сможет заставить полученную часть ENIAC выполнять реальные операции – для этого понадобились бы все 40 панелей, не говоря уже о тысячах новых компонентов и технических знаниях, которые были давно утрачены. Но он смог добиться того, чтобы компьютер хотя бы внешне выглядел так, что становилось ясно: вычислить идеальную траекторию полета снаряда из гаубицы – задача не из простых.

Реставрация и возвращение домой

Первым делом Глисон постарался убрать косметические дефекты панелей – металл внешней оболочки сильно проржавел (одна из восьми панелей была так сильно повреждена влагой, что спасти ее не удалось). Глисон отшлифовал панели пескоструйным аппаратом, затем покрыл их черной высокотемпературной краской, которую закупил у десятков автосервисных магазинов и станций техобслуживания. Когда краска высохла, Глисон и его сын, Джонатан, принялись кропотливо припаивать к панелям 600 новых ламп. Лампы были подключены к датчику движения, поэтому начинали хаотично загораться при появлении посетителя. Глисон также сделал большую стальную раму, которая не давала панелям опрокинуться, а выступающим по бокам электронным лампам – разбиться (не говоря уже о том, что падающая панель могла бы сделать с человеком, по несчастливой случайности оказавшимся поблизости).

Обновленный ENIAC занял место в офисе Перо в 2007, но там его могли увидеть сравнительно немногие – офис находился в защищенном помещении, в которое вход посторонним был воспрещен, хотя несколько энтузиастов смогли получить разрешение на проведение специальных экскурсий. Но не так давно компания Перо, которую в 2009 поглотила Dell, объявила, что скоро предпримет новый этап поисков – так что пришло время вернуть панели в Форт Силл. Пласт истории компьютеров весом в 6 864 фунта [больше 3 113 кг.], обернутый в горы пузырчатой пленки, проделал обратный путь в Оклахому в конце сентября. Поскольку Дэн Глисон предусмотрительно использовал для подключения ламп простые разъемы типа «лопатка» и широко распространенные 12-канальные DMX-контроллеры, музей Форта Силл без труда привел конструкцию в рабочее состояние. Труднее всего было собрать стальную раму, которая оказалась сложнее, чем предполагали работники музея.

Панели ENIAC начали демонстрировать посетителям Форта Силл в конце октября, хотя экспонат все еще требует проведения некоторых реставрационных работ. Музей, в частности, находится в процессе приобретения дополнительных электронных ламп, чтобы придать аппарату более «натуральный» облик. Панели, конечно же, никогда уже не смогут производить настоящие вычисления, но это, возможно, и к лучшему. Даже в период своего активного использования, ENIAC должен был потратить целых 30 миллисекунд на вычисление квадратного корня из сложного числа. У кого бы хватило терпения на это сейчас?

Посты и ссылки по теме:

Статья по информатике и икт (6 класс) на тему: ENIAC — Electronic Numerical Integrator and Computer — Электронный числовой интегратор и вычислитель — первый электронный цифровой компьютер.

ЭНИАК (англ. ENIAC, сокр. от Electronic Numerical Integrator and Computer[1] — Электронный числовой интегратор и вычислитель) — первый электронный цифровой компьютер общего назначения, который можно было перепрограммировать для решения широкого спектра задач.

История создания

Архитектуру компьютера начали разрабатывать в 1943 году Джон Преспер Экерт (англ.) и Джон Уильям Мокли, учёные из Пенсильванского университета(Электротехническая школа Мура) по заказу Лаборатории баллистических исследований (англ.) Армии США для расчётов таблиц стрельбы. В отличие от созданного в1941 году немецким инженером Конрадом Цузе комплекса Z3, использовавшего механические реле, в ЭНИАКе в качестве основы элементной базы применялисьвакуумные лампы.

Расчёты таблиц стрельбы в то время проводились вручную на настольных арифмометрах. Эту работу в Лаборатории выполняли особые клерки — «компьютеры» — в основном женщины. Таблицы стрельбы рассчитывались для каждого отдельного типа снаряда и орудия перед отправкой на фронт, и при различных комбинациях множества параметров (температура воздуха, скорость ветра, плотность почвы под орудием, возвышение ствола, скорость снаряда, температура ствола орудия) требовался кропотливый расчёт около 3000 траекторий полёта снаряда. Расчёт каждой траектории требовал примерно 1000 операций. Один вычислитель был способен выполнить этот расчет за 16 дней, а на вычисление всей таблицы потребовалось бы 4 года. Без этих таблиц артиллеристам просто невозможно было точно попасть в цель. В условиях Второй Мировой войны на фронт в Европу отправлялось всё больше и больше орудий и снарядов к ним, в 1943 году союзные войска высадились в Африке, где условия стрельбы были совершенно новыми и требовали новых таблиц, а Лаборатория не справлялась со своевременным их расчётом.

В Институте Мура имелся один из немногих «дифференциальных анализаторов» — механический вычислитель, к помощи которого прибегала Лаборатория для выполнения хотя бы части расчётов. В этом институте Мокли работал преподавателем, а Экерт — был простым студентом с незаурядными способностями инженера. В августе 1942 года Мокли написал 7-страничный документ «The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation», в котором предлагал Институту построить электронную вычислительную машину основанную на вакуумных лампах. Руководство Института работу не оценило и сдало документ в архив, где он вообще был утерян.

Сотрудничество Института Мура с Баллистической Лабораторией по вычислению таблиц стрельбы осуществлялось через капитана Германа Голдстайна, который до поступления на службу в армию работал профессором математики в Университете штата Мичиган. Лишь в начале 1943 года один из работников Института в случайной беседе сообщил Голдстайну об идее электронного вычислителя, с которой носился Мокли. Использование электронной вычислительной машины позволило бы Лаборатории сократить время расчёта с нескольких месяцев до нескольких часов. Голдстайн встретился с Мокли и предложил ему обратиться с заявкой в Лабораторию на выделение средств для постройки задуманной машины. Мокли по памяти восстановил утерянный 7-страничный документ с описанием проекта.

9 апреля 1943 года проект был представлен Баллистической Лаборатории на заседании Комиссии по науке. В проекте машина называлась «электронный дифф. анализатор» (electronic diff. analyzer). Это была уловка, чтобы новизна проекта не вызвала отторжение у военных. Все они были уже знакомы с дифференциальным анализатором, и проект в их представлении просто предлагал сделать его не механическим, а электрическим. Проект обещал, что построенный компьютер будет вычислять одну траекторию за 5 минут.

После короткой презентации научный консультант комиссии Освальд Веблен одобрил идею, и деньги (61.700 долларов США на первые 6 месяцев исследовательских работ) были выделены. В контракте под номером W-670-ORD-4926, заключенном 5 июня 1943 года, машина называлась «Electronic Numerical Integrator» («Электронный числовой интегратор»), позднее к названию было добавлено «and Computer» («и вычислитель»), в результате чего получилась знаменитая аббревиатура ENIAC. Куратором проекта «Project PX» со стороны Армии США выступил опять-таки Герман Голдстайн.

К февралю 1944 года были готовы все схемы и чертежи будущего компьютера, и группа инженеров под руководством Экерта и Мокли приступила к воплощению замысла в «железо». В группу вошли также:

• Роберт Шоу (Robert F. Shaw) (функциональные таблицы)
• Джеффри Чуан Чу (Jeffrey Chuan Chu) (модуль деления/извлечения квадратного корня)
• Томас Кайт Шарплес (Thomas Kite Sharpless) (главный программист)
• Артур Бёркс (Arthur Burks) (модуль умножения)
• Гарри Хаски (Harry Huskey) (модуль чтения вывод данных)
• Джек Дэви (Jack Davis) (аккумуляторы)
• Джон фон Нейман — присоединился к проекту в сентябре 1944 года в качестве научного консультанта. На основе анализа недостатков ЭНИАКа внёс существенные предложения по созданию новой более совершенной машины — EDVAC

В середине июля 1944 года Мокли и Эккерт собрали два первых «аккумулятора» — модули, которые использовались для сложения чисел. Соединив их вместе, они перемножили два числа 5 и 1000 и получили верный результат. Этот результат был продемонстрирован руководству Института и Баллистической Лаборатории и доказал всем скептикам, что электронный компьютер действительно может быть построен.

Компьютер был полностью готов лишь осенью 1945 года. Так как война к тому времени уже была закончена, и острой необходимости в быстром расчёте таблиц стрельбы уже не было, военное ведомство США решило использовать ENIAC в расчётах по разработке термоядерного оружия.

Будучи сверхсекретным проектом Армии США, компьютер был представлен публике и прессе лишь много месяцев спустя после окончания войны — 14 февраля 1946 года. Через несколько месяцев — 9 ноября 1946 года — ENIAC был разобран и перевезён из Университета Пенсильвании в г. Абердин в Лабораторию баллистических исследований Армии США, где с 29 июля 1947 года он успешно проработал ещё много лет и был окончательно выключен 2 октября 1955 года в 23:45[2].

В Баллистической Лаборатории на ENIAC выполнялись расчеты по проблеме термоядерного оружия, прогнозам погоды в СССР для предсказания направления выпадения ядерных осадков на случай ядерной войны, инженерные расчёты, и конечно же таблиц стрельбы, включая таблицы стрельбы ядерными боеприпасами.

Использование

В качестве испытания ЭНИАКу первой была поставлена задача по математическому моделированию термоядерного взрыва супер-бомбы по гипотезе Улама-Теллера. Фон Нейман, который одновременно работал консультантом и в Лос-Аламосской лаборатории и в Институте Мура, предложил группе Теллера использовать ЭНИАК для расчётов ещё в начале 1945 года. Решение проблемы термоядерного оружия требовало такого огромного объёма вычислений, что справиться с ним не могли никакие электромеханические калькуляторы, имевшиеся в распоряжении Лаборатории. В августе 1945 физики Лос-Аламосской лаборатории Николас Метрополис иСтенли Френкель (англ.) посетили институт Мура, и Герман Голдстайн вместе со своей женой Адель, которая работала в команде программистом и была автором первого руководства по работе с ЭНИАКом[3], познакомили их с техникой программирования ЭНИАКа. После этого они вернулись в Лос-Аламос, где стали работать над программой под названием «The Los Alamos Problem».

Производительность ЭНИАКа была слишком мала для полноценного моделирования, поэтому Метрополис и Френкель сильно упростили уравнение, игнорируя многие физические эффекты и стараясь хотя бы приблизительно рассчитать лишь первую фазу взрыва дейтерий-тритиевой смеси в одномерном пространстве. Детали и результаты выполненных в ноябре — декабре 1945 года расчётов до сих пор засекречены. Перед ЭНИАКом была поставлена задача решить сложнейшее дифференциальное уравнение, для ввода исходных данных к которому понадобилось около миллиона перфокарт. Вводная задача была разбита на несколько частей, чтобы данные могли поместиться в память компьютера. Промежуточные результаты выводились на перфокарты и после перекоммутации снова заводились в машину. В апреле 1946 года группа Теллера обсудила результаты расчётов и сделала вывод, что они достаточно обнадёживающе (хотя и очень приблизительно) доказывают возможность создания водородной бомбы.

На обсуждении результатов расчёта присутствовал Станислав Улам. Поражённый скоростью работы ЭНИАКа, он предложил сделать расчёты по термоядерному взрыву методом Монте-Карло. В 1947 году на ЭНИАКе было выполнено 9 расчётов этим методом с различными исходными параметрами. После этого метод Монте-Карло стал использоваться во всех вычислениях, связанных с разработкой термоядерного оружия.

Британский физик Дуглас Хартри в апреле и июле 1946 года решал на ЭНИАКе проблему обтекания воздухом крыла самолета, движущегося быстрее скорости звука. ЭНИАК выдал ему результаты расчётов с точностью до седьмого знака. Об этом опыте работы Хартри написал в статье в сентябрьском выпуске журнала Nature за 1946 год[4].

В 1949 году фон Нейман использовал ЭНИАК для расчёта числа π и e с точностью до 2000 знаков после запятой. Фон Неймана интересовало статистическое распределение цифр в этих числах. Предполагалось, что цифры в этих числах появляются с равной вероятностью, а значит — компьютеры могут генерировать действительно случайные числа, которые можно использовать как вводные параметры для вычислений методом Монте-Карло. Вычисления для числа e были выполнены в июле 1949 года, а для числа π — за один день в начале сентября. Результаты показали, что «цифры в числе π идут в случайном порядке, а вот с числомe всё обстояло значительно хуже»[5].

На ЭНИАКе весной 1950 года был произведён первый успешный численный прогноз погоды командой американских метеорологов Жюлем Чарни (англ.), Филипом Томсоном, Ларри Гейтсом, норвежцем Рагнаром Фьюртофтом (англ.) и математиком Джоном фон Нейманом. Они использовали упрощённые модели атмосферных потоков на основе баротропного уравнения вихря скорости. Это упрощение понизило вычислительную сложность задачи и позволило произвести расчёты с использованием доступных в то время вычислительных мощностей[6]. Расчёты велись начиная с 5 марта 1950 года в течение 5 недель, пять дней в неделю в три 8-часовые смены. Ещё несколько месяцев ушло на анализ и оценку результатов. Описание расчётов и анализ результатов были представлены в работе «Numerical Integration of Barotropic Vorticity Equation»[7], опубликованной 1 ноября 1950 года в журнале Tellus. В статье упоминается, что прогноз погоды на следующие 24 часа на ЭНИАКе был выполнен за 24 часа, то есть прогноз едва успевал за реальностью. Большая часть времени уходила на распечатку перфокарт и их сортировку. Во время расчётов приходилось на ходу вносить изменения в программу и ждать замены перегоревших ламп. При должной оптимизации работы ЭНИАКа, говорилось в работе, расчёт можно было бы выполнить за 12 часов, а при использовании более совершенных машин — за 30 минут. Для прогноза использовались карты погоды над территорией США и Канады за 5, 30, 31 января и 13 февраля 1949 года. После расчётов прогнозные карты сравнивались с реальными для оценки качества прогноза[8].

Характеристики, архитектура и программирование

На создание ENIAC ушло 200 000 человеко-часов и 486 804,22 доллара США. Всего комплекс включал в себя 17 468 ламп 16 различных типов, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70 000 резисторов и 10 000 конденсаторов.

• Вес — 27 тонн.
• Объём памяти — 20 число-слов.
• Потребляемая мощность — 174 кВт.
• Вычислительная мощность — 357 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду.
• Тактовая частота — 100 кГц, то есть один импульс каждые 10 микросекунд. Основной вычислительный такт состоял из 20 импульсов и занимал 200 микросекунд. Сложение выполнялось за 1 такт, умножение — за 14 тактов. Умножение заменялось многократным сложением, так что 1 умножение равнялось 14 операциям сложения и выполнялось, соответственно, за 2800 микросекунд.
• Устройство ввода-вывода данных — табулятор перфокарт компании IBM: 125 карт/минуту на ввод, 100 карт/минуту на вывод[9].

Вычисления производились в десятичной системе, после тщательного анализа ей было отдано предпочтение перед двоичной системой. Компьютер оперировал числами максимальной длиной в 20 разрядов[10].

Многие специалисты Института скептически предсказывали, что при таком количестве ламп в системе компьютер просто не сможет работать сколь-нибудь продолжительное время, чтобы выдать стоящий результат — слишком много точек отказа. Выход из строя одной лампы, одного конденсатора или резистора означал остановку работы всей машины, всего существовало 1,8 миллиарда различных вариантов отказа в каждую секунду[11][12]. До этого человечество не создавало ни один прибор такой сложности и с таким требованием к надёжности. Для того, чтобы вакуумные лампы реже перегорали, Экерт придумал подавать на них минимальное напряжение — 5.7 вольт вместо номинальных 6.3 вольта[13], а после произведения вычислений ЭНИАК продолжал работать, поддерживая лампы в «тёплом» состоянии, чтобы перепад температуры при охлаждении и накаливании не приводил к их перегоранию. За неделю сгорало примерно 2-3 лампы[13], а среднее время работы лампы составляло 2500 часов[14]. Особо высокие требования предъявлялись к отбору радиодеталей и качеству монтажа и пайки. Так инженеры добились того, чтобы ЭНИАК работал минимум 20 часов между поломками — не так много по нынешним меркам, но за каждые 20 часов работы ЭНИАК выполнял месячный объём работы механических вычислителей.

До 1948 года для перепрограммирования ENIAC нужно было перекоммутировать его заново, в то время как Z3 умел считывать программы с перфорированной ленты. Программирование задачи на ЭНИАКе могло занимать до двух дней, а её решение — несколько минут. При перекоммутировании ЭНИАК превращался как бы в новый специализированный компьютер для решения специфической задачи. Ещё на этапе конструирования ЭНИАКа Экерт и Мокли понимали недостатки своего детища, но на этапе проектирования они не считались критическими, поскольку компьютер изначально предназначался для выполнения однотипных баллистических расчётов[15].

В январе 1944 года Экерт сделал первый набросок второго компьютера с более совершенным дизайном, в котором программа хранилась в памяти компьютера, а не формировалась с помощью коммутаторов и перестановки блоков, как в ЭНИАКе. Летом 1944 года военный куратор проекта Герман Голдстайн случайно познакомился со знаменитым математиком фон Нейманом и привлёк его к работе над машиной. Фон Нейман внёс свой вклад в проект с точки зрения строгой теории. Так был создан теоретический и инженерный фундамент для следующей модели компьютера под названием EDVAC с хранимой в памяти программой. Контракт с Армией США на создание этой машины был подписан в апреле 1946 года.

Научная работа фон Неймана «Первый проект отчёта о EDVAC», обнародованная 30 июня 1945 года, послужила толчком к созданию вычислительных машин в США (EDVAC, BINAC, UNIVAC I) и в Англии (EDSAC). Из-за огромного научного авторитета идея о компьютере с программой, хранимой в памяти, приписывается фон Нейману («архитектура фон Неймана»), хотя приоритет на самом деле принадлежит Экерту, предложившему использовать память на ртутных акустических линиях задержки. Фон Нейман подключился к проекту позднее и просто придал инженерным решениям Мокли и Экерта академический научный смысл.

С 16 сентября 1948 года ENIAC превратился в компьютер с хранимой программой (весьма примитивный). По предложению фон Неймана высказанному в июне 1947 года[16] две функциональные таблицы были использованы для хранения всех команд ENIAСа, чтобы команды вызывались как подпрограммы во время исполнения кода. Компьютер стал работать несколько медленнее, но его программирование сильно упростилось. Старый метод перекоммутирования с тех пор больше не использовался[17].

В июле 1953 года к ЭНИАКу был подключен двоично-десятичный модуль памяти на магнитных сердечниках, увеличивший объём оперативной памяти компьютера с 20 до 120 число-слов.

Влияние

ЭНИАК нельзя было назвать совершенным компьютером. Машина создавалась в военное время в большой спешке с нуля при отсутствии какого-либо предыдущего опыта создания подобных устройств. ЭНИАК был построен в единственном экземпляре, и инженерные решения, реализованные в ЭНИАКЕ, не использовались в последующих конструкциях компьютеров. ЭНИАК скорей компьютер не первого, а «нулевого» поколения. Значение ЭНИАКа заключается просто в его существовании, которое доказало возможность построения полностью электронного компьютера, способного работать достаточно продолжительное время, чтобы оправдать затраты на его постройку и принести ощутимые результаты.

В марте 1946 года Экерт и Мокли из-за споров с Пенсильванским университетом о патентах на ЭНИАК и на EDVAC, над которым они в то время работали, решили покинуть институт Мура и начать частный бизнес в области построения компьютеров, создав компанию Electronic Control Company, которая позднее была переименована в Eckert–Mauchly Computer Corporation. В качестве «прощального подарка» и по просьбе Армии США они прочитали в институте серию лекций о конструировании компьютеров под общим названием «Теория и методы разработки электронных цифровых компьютеров», опираясь на свой опыт построения ENIAC и проектирования EDVAC. Эти лекции вошли в историю как «Лекции школы Мура». Лекции — по сути первые в истории человечества компьютерные курсы — читались летом 1946 года с 8 июля по 31 августа только для узкого круга специалистов США и Великобритании, работавших над той же проблемой в разных правительственных ведомствах и научных институтах, всего 28 человек. Лекции послужили отправной точкой к созданию в 40-х и 50-х годах успешных вычислительных систем CALDIC,SEAC, SWAC, ILLIAC, машина Института перспективных исследований и компьютер Whirlwind (англ.), использовавшийся ВВС США в первой в мире компьютерной системе ПВО SAGE.

Память о компьютере

• Некоторые детали компьютера ENIAC выставлены в Национальном Музее Американской истории (англ.) в Вашингтоне.[18]
• В честь компьютера назван астероид (229777) ENIAC[19].
• В 1995 году была создана кремниевая интегральная микросхема ENIAC-on-A-Chip размерами 7,44 мм × 5,29 мм, в которой с помощью 250 000 (в других источниках — 174 569[15]) транзисторов была реализована логика, аналогичная 30-тонному ЭНИАКу. ИС работала на частоте 20 МГц, то есть значительно быстрее, чем ЭНИАК.[20]

История электронных компьютеров, часть 4: электронная революция / Хабр

<< До этого: ENIAC

Пока что мы последовательно вспомнили о каждой из первых трёх попыток построить цифровой электронный компьютер: компьютер Атанасова-Берри ABC, задуманный Джоном Атанасовым; проект британского Колосса, возглавляемый Томми Флауэрсом, и ENIAC, созданный в школе Мура при Пенсильванском университете. Все эти проекты были, по сути, независимыми. Хотя Джон Моучли, главная движущая сила проекта ENIAC, знал о работе Атанасова, схема ENIAC ничем не напоминала ABC. Если и существовал некий общий предок электронного вычислительного устройства, то это был скромный счётчик Уинна-Уильямса, первое устройство, использовавшее электронные лампы для цифрового хранения, и позволившее Атанасову, Флауэрсу и Моучли встать на путь создания электронных компьютеров.

Но лишь одна из трёх этих машин, однако, сыграла свою роль в последовавших событиях. ABC никогда не производила полезной работы, и, по большому счёту, те немногие люди, что знали о ней, забыли её. Две военных машины доказали, что способны обойти по чистому быстродействию любой другой из существовавших компьютеров, однако «Колосс» оставался секретным даже после победы над Германией и Японией. Только ENIAC стал широко известен, и поэтому стал держателем стандарта электронных вычислений. И теперь каждый, кто хотел создать вычислительное устройство на основе электронных ламп, мог для подтверждения указать на успех школы Мура. Закоренелый скептицизм инженерного сообщества, которым встречали все подобные проекты до 1945 года, исчез; скептики либо поменяли своё мнение, либо умолкли.

Все статьи цикла:

• История реле
• История электронных компьютеров
• История транзистора
• История интернета
• Эра фрагментации

Отчёт по EDVAC

Выпущенный в 1945 году документ, основанный на опыте создания и использования ENIAC, задал тон направлению развития вычислительной техники в мире после Второй мировой. Он назывался «первый черновик отчёта по EDVAC» [Electronic Discrete Variable Automatic Computer], и обеспечивал шаблон архитектуры первых компьютеров, программируемых в современном смысле – то есть, выполнявших команды, извлекаемые из высокоскоростной памяти. И хотя точное происхождение перечисленных в нём идей остаётся предметом дискуссий, подписан он был именем математика Джона фон Неймана (урождённого Янош Лайош Нейман). Что характерно для разума математика, в документе также была сделана первая попытка абстрагировать схему работы компьютера от спецификаций конкретной машины; он попытался отделить саму суть структуры компьютера от различных вероятных и случайных его воплощений.

Фон Нейман, родившийся в Венгрии, попал в ENIAC через Принстон (Нью-Джерси) и Лос-Аламос (Нью-Мексико). В 1929 году он, как состоявшийся молодой математик, с заметными вкладами в теорию множеств, квантовую механику и теорию игр, покинул Европу с тем, чтобы занять должность в Принстонском университете. Четыре года спустя близлежащий Институт передовых исследований (IAS) предложил ему пожизненное место в штате. Из-за роста нацизма в Европе фон Нейман с радостью ухватился за шанс бессрочно оставаться на другой стороне Атлантики – и стал, постфактум, одним из первых еврейских интеллектуалов-беженцев из гитлеровской Европы. После войны он сокрушался: «Мои чувства к Европе противоположны ностальгии, поскольку каждый знакомый мне уголок напоминает об исчезнувшем мире и о руинах, не приносящих утешения», и вспоминал «своё полное разочарование в гуманности людей в период с 1933 по 1938».

Отвращённый от потерянной многонациональной Европы свой молодости, фон Нейман направил весь свой интеллект на помощь военной машине, принадлежавшей приютившей его стране. В следующие пять лет он колесил по стране, давая советы и консультируя по широкому спектру проектов нового оружия, одновременно каким-то образом сумев стать соавтором плодовитой книги по теории игр. Самой секретной и важной его работой в качестве консультанта стала позиция при Манхэттенском проекте – попытке создания атомной бомбы – исследовательской коллектив которого находился в Лос-Аламосе (Нью-Мексико). Роберт Оппенгеймер завербовал его летом 1943 года, чтобы помочь с математическим моделированием проекта, и его расчёты убедили остальных членов группы двигаться в направлении бомбы со взрывом, направленным внутрь. Такой взрыв, благодаря взрывчатке, двигающей расщепляющийся материал внутрь, должен был позволить достичь самоподдерживающейся цепной реакции. В результате потребовалось провести огромное количество расчётов с тем, чтобы достичь идеального сферического взрыва, направленного внутрь с нужным давлением – и любая ошибка привела бы к прерыванию цепной реакции и фиаско бомбы.

Фон Нейман во время работы в Лос-Аламосе

В Лос-Аламосе работала группа из двадцати людей-вычислителей, имевших в своём распоряжении настольные калькуляторы, но они не справлялись с вычислительной нагрузкой. Учёные дали им оборудование от IBM для работы с перфокартами, но они всё равно не успевали. Они потребовали улучшенного оборудования от IBM, получили его в 1944, но всё равно не успевали.

К тому времени фон Нейман добавил ещё один набор мест для посещения к своему постоянному круизу по стране: он объезжал все возможные места нахождения компьютерного оборудования, которое могло бы пригодиться в Лос-Аламосе. Он написал письмо Уоррену Уиверу, главе отдела прикладной математики национального исследовательского оборонного комитета (NDRC), и получил несколько хороших наводок. Он съездил в Гарвард посмотреть на Mark I, но тот был уже полностью загружен работой на флот. Он беседовал с Джорджем Стибицем и рассматривал возможность заказать релейный компьютер Белла для Лос-Аламоса, но отказался от этой идеи, узнав, сколько времени это бы заняло. Он посетил группу из Колумбийского университета, объединившую несколько компьютеров IBM в более крупную автоматическую систему под управлением Уолласа Экерта, однако никаких заметных улучшений по сравнению с теми компьютерами IBM, которые уже были в Лос-Аламосе, видно не было.

Однако Уивер не включил один проект в список, который он дал фон Нейману: ENIAC. Он определённо знал о нём: на своей должности директора прикладной математики он был обязан отслеживать прогресс всех вычислительных проектов страны. Уивер и NDRC определённо могли иметь сомнения по поводу жизнеспособности и сроков создания ENIAC, однако весьма удивительно, что он даже не упомянул об его существовании.

Какой бы ни была причина этого, но в результате фон Нейман узнал об ENIAC лишь благодаря случайной встрече на железнодорожной платформе. Эту историю рассказал Герман Голдштейн, посредник испытательной лаборатории школы Мура, в которой строили ENIAC. Голдштейн столкнулся с фон Нейманом на ж/д станции Абердина в июне 1944 года – фон Нейман уезжал с одной из своих консультаций, которую он, как член научного консультационного комитета давал в Баллистической исследовательской лаборатории Абердина. Голдштейну была известна репутация фон Неймана, как великого человека, и он завязал с ним разговор. Желая произвести впечатление, он не мог не упомянуть о новом и интересном проекте, развивающемся в Филадельфии. Подход фон Неймана мгновенно сменился с благодушного коллеги на жёсткого контролёра, и он засыпал Голдштейна вопросами, связанными с подробностями нового компьютера. Он нашёл новый интересный источник потенциальных компьютерных мощностей для Лос-Аламоса.

Впервые фон Нейман посетил Преспера Экерта, Джона Моучли и других членов команды ENIAC в сентябре 1944. Он тотчас же влюбился в этот проект и добавил ещё один пункт в свой длинный список организаций для консультирования. Обе стороны от этого выигрывали. Легко видеть, чем потенциал скоростных электронных вычислений привлёк фон Неймана. ENIAC, или подобная ему машина, имела возможность преодолеть все вычислительные ограничения, тормозившие прогресс Манхэттенского проекта и множества других существующих или потенциальных проектов (однако, закон Сэя, действующий и по сей день, гарантировал, что появление вычислительных возможностей вскоре вызовет равный спрос на них). Для школы Мура благословление такого признанного специалиста, как фон Нейман, означало окончание скептического отношения к ним. Более того, учитывая его живой разум и богатый опыт работы по всей стране, ему не было равных в широте и глубине познаний в области автоматических вычислений.

Вот так фон Нейман и включился в план Экерта и Моучли по созданию последователя ENIAC. Вместе с Германом Голдштейном и другим математиком из ENIAC, Артуром Бёрксом, они начали делать наброски параметров для второго поколения электронного компьютера, и идеи именно этой группы фон Нейман суммировал в отчёте «первого черновика». Новая машина должна была стать более мощной, получить более плавные обводы, и, главное – преодолеть крупнейший барьер использования ENIAC – многочасовую настройку на каждую новую задачу, во время которой эта могучая и чрезвычайно дорогая вычислительная машина просто сидела без дела. Разработчики электромеханических машин последних поколений, гарвардского Mark I и релейного компьютера Белла избегали этого, вводя в компьютер инструкции при помощи бумажной ленты с пробитыми в ней отверстиями – оператор мог готовить бумагу, пока машина решала другие задачи. Однако подобный ввод данных свёл бы на нет преимущество электроники в скорости; никакая бумага не могла бы подавать данные так быстро, как ENIAC мог их принимать. («Колосс» работал с бумагой при помощи фотоэлектрических сенсоров и каждый из пяти его вычислительных модулей поглощал данные со скоростью 5000 символов в секунду, однако это было возможно только благодаря максимально быстрой прокрутке бумажной ленты. Переход на произвольное место на ленте требовал задержки в 0,5 с на каждые 5000 строк).

Решение проблемы, описанное в «первом черновике», состояло в перемещении хранения инструкций из «внешнего записывающего носителя» в «память» – это слово по отношению к компьютерному хранению данных употреблялось впервые (фон Нейман специально использовал этот и другие биологические термины в работе – он очень интересовался работой мозга и процессами, происходящими в нейронах). Эту идею потом назвали «хранением программ». Однако это сразу привело к другой проблеме – поставившей в тупик ещё Атанасова – чрезмерной дороговизне электронных ламп. В «первом черновике» оценивалось, что компьютеру, способному на выполнение широкого спектра вычислительных задач, потребуется память из 250 000 двоичных чисел для хранения инструкций и временных данных. Память на электронных лампах такого размера стоила бы миллионы долларов и была бы совершенно ненадёжной.

Решение дилеммы предложил Экерт, работавший в начале 1940-х над исследованиями радаров в рамках контракта между школой Мура и «Рад лаб» из MIT, центрального исследовательского центра радарных технологий в США. Конкретно Экерт работал над радарной системой под названием «индикатор движущейся цели» (Moving Target Indicator, MTI), решавшей проблему «засветки от земли»: всякого шума на экране радара, создаваемого зданиями, холмами и другими неподвижными объектами, усложнявшими для оператора задачу вычленения важной информации – размера, местоположения и скорости движущихся воздушных судов.

В MTI проблему засветки решили при помощи устройства под названием линия задержки. Он преобразовывал электрические импульсы радара в звуковые волны, а потом отправлял эти волны по ртутной трубке так, чтобы звук приходил на другой конец и превращался обратно в электрический импульс в тот момент, когда радар повторно сканировал ту же самую точку в небе (линии задержки для распространения звука также могут использовать и другие среды: иную жидкость, твёрдые кристаллы и даже воздух. По некоторым данным, их идею придумал физик из лабораторий Белла Уильям Шокли, о котором позже). Любой сигнал, приходивший с радара в то же время, что и сигнал по трубке, считался сигналом от стационарного объекта, и удалялся.

Экерт понял, что звуковые импульсы в линии задержки можно считать двоичными числами – 1 обозначает наличие звука, 0 – его отсутствие. В одной ртутной трубке может содержаться сотни таких цифр, каждая из которых проходит через линию по нескольку раз в миллисекунду, то есть, компьютеру для доступа к цифре нужно было бы ждать пару сотен микросекунд. При этом доступ к последовательным цифрам в трубке был бы быстрее, поскольку цифры разделяли лишь несколько микросекунд.

Ртутные линии задержки в британском компьютере EDSAC

После разрешения основных проблем в схеме работы компьютера фон Нейман собрал идеи всей группы в 101-страничном отчёте «первого черновика» весной 1945 и распространил его среди ключевых фигур проекта EDVAC второго поколения. Довольно скоро он проник и в другие круги. Математик Лесли Комри, к примеру, взял копию с собой домой, в Британию, после визита в школу Мура в 1946, и поделился ею с коллегами. Распространение отчёта вызывало возмущение у Экерта и Моучли по двум причинам: во-первых, большую часть заслуг по разработке приписали автору черновика, фон Нейману. Во-вторых, все основные идеи, содержавшиеся в системе, оказались, по факту, опубликованными с точки зрения патентного бюро, что помешало их планам коммерциализации электронного компьютера.

Само основание обиды Экерта и Моучли вызвало, в свою очередь, негодование математиков: фон Неймана, Голдштейна и Бёркса. С их точки зрения, отчёт был важным новым знанием, которое необходимо было распространить так широко, как это возможно, согласно духу научного прогресса. Кроме того, всё это предприятие финансировалось за счёт правительства, а значит, за счёт американских налогоплательщиков. Их отталкивала меркантильность попытки Экерта и Моучли заработать на войне. Фон Нейман писал: «Я никогда бы не заступил на должность консультанта при университете, зная, что консультирую коммерческую группу».

Пути фракций разошлись в 1946: Экерт и Моучли открыли собственную компанию на базе вроде бы более безопасного патента на основе технологии ENIAC. Сначала они назвали своё предприятие Electronic Control Company, но в следующем году переименовали в Eckert-Mauchly Computer Corporation. Фон Нейман вернулся в IAS для создания компьютера на базе EDVAC, и к нему присоединился Голдштайн и Бёркс. Для предотвращения повторения ситуации с Экертом и Моучли, они позаботились, чтобы вся интеллектуальная собственность нового проекта стала общественным достоянием.

Фон Нейман перед компьютером IAS, построенном в 1951.

Отступление, посвящённое Алану Тьюрингу

Среди людей, увидевших отчёт по EDVAC окольными путями, был британский математик Алан Тьюринг. Тьюринг не был в числе первых учёных, создавших или придумавших автоматический компьютер, электронный или любой другой, и некоторые авторы сильно преувеличили его роль в истории вычислительной техники. Однако мы должны отдать ему должное, как первому человеку, догадавшемуся, что вычислительные машины могут не просто «вычислять» что-либо, банально обрабатывая большие последовательности чисел. Его главной идеей было то, то информацию, обрабатываемую человеческим разумом, можно представлять в виде чисел, поэтому любой умственный процесс можно превратить в вычисление.

Алан Тьюринг в 1951

В конце 1945 года Тьюринг опубликовал свой собственный отчёт, где упоминал фон Неймана, под названием «предложение электронного вычислителя», и предназначенный для британской государственной физической лаборатории (NPL). Он не так сильно углублялся в конкретные детали конструкции предлагаемого электронного компьютера. Его схема отражала разум специалиста по логике. У него не предполагалось специального оборудования для функций высокого уровня, поскольку их можно составлять из низкоуровневых примитивов; это был бы уродливый нарост на красивой симметрии машины. Также Тьюринг не выделял никакой линейной памяти для компьютерной программы – данные и инструкции могли совместно существовать в памяти, поскольку это были просто цифры. Инструкция становилась инструкцией только когда её так интерпретировали (работа Тьюринга 1936 года «о вычисляемых числах» уже исследовала взаимосвязь статических данных и динамических инструкций. Он описал то, что позже стали называть «машиной Тьюринга», и показал, как её можно превратить в число и скормить в качестве входных данных универсальной машине Тьюринга, способной интерпретировать и исполнять любую другую машину Тьюринга). Поскольку Тьюринг знал, что числа могут обозначать любую форму аккуратно заданной информации, в список задач для решения на этом вычислителе он включил не только построение артиллерийских таблиц и решение систем линейных уравнений, но и решение головоломок и шахматных этюдов.

Автоматическая вычислительная машина Тьюринга (ACE) никогда не была создана в изначальном варианте. Он был слишком медленным, и ему приходилось конкурировать с более рьяными британскими вычислительными проектами за лучшие таланты. Проект буксовал несколько лет, а потом Тьюринг потерял к нему интерес. В 1950-м NPL сделали Pilot ACE — машину меньшего размера и немного другой конструкции, кроме того, в начале 1950-х от архитектуры ACE черпали вдохновение несколько других проектов компьютеров. Но ей не удалось расширить своё влияние, и она быстра ушла в небытие.

Но всё это не преуменьшает заслуг Тьюринга, просто помогает поместить его в нужный контекст. Важность его влияния на историю компьютеров основана не на конструкциях компьютеров 1950-х, а на теоретическом базисе, подготовленном им для информатики, появившейся в 1960-х. Его ранние работы по математической логике, изучавшие границы вычислимого и невычислимого, стали фундаментальными текстами новой дисциплины.

Неторопливая революция

С распространением новостей об ENIAC и отчёте EDVAC школа Мура стала местом паломничества. Множество посетителей прибывало, чтобы учиться «у ног мастеров», особенно из США и Британии. Чтобы упорядочить поток просителей, декану школы в 1946 пришлось организовать летнюю школу по автоматическим вычислительным машинам, работающую по приглашениям. Лекции давали такие светила, как Экерт, Моучли, фон Нейман, Бёркс, Голдштейн и Говард Айкен (разработчик гарвардского электромеханического компьютера Mark I).

Теперь почти все хотели создавать машины по инструкции из отчёта EDVAC (по иронии, первой машиной, запустившей хранящуюся в памяти программу, стал сам ENIAC, который в 1948 году переделали для использования хранящихся в памяти инструкций. Только после этого он стал успешно работать в своём новом доме, Абердинском испытательном полигоне). Даже в названиях проектов новых компьютеров, созданных в 1940-е и 50-е годы, прослеживалось влияние ENIAC и EDVAC. Даже если не учитывать UNIVAC и BINAC (созданные в новой компании Экерта и Моучли) и сам EDVAC (законченный в школе Мура после того, как её покинули её основатели), всё равно остаются AVIDAC, CSIRAC, EDSAC, FLAC, ILLIAC, JOHNNIAC, ORDVAC, SEAC, SILLIAC, SWAC и WEIZAC. Многие из них напрямую копировали свободно публикуемую конструкцию IAS (с небольшими изменениями), пользуясь политикой открытости фон Неймана касаемо интеллектуальной собственности.

Однако электронная революция развивалась постепенно, шаг за шагом меняя существовавший порядок. Первая машина стиля EDVAC появилась только в 1948-м, и это был лишь небольшой проект, доказывающий работоспособность концепции, манчестерский «малыш», разработанный для подтверждения жизнеспособности памяти на трубках Уильямса (большая часть вычислительных машин переключилась с ртутных трубок на другой вид памяти, который своим происхождением также обязан радарным технологиям. Только вместо трубок в ней использовался ЭЛТ-экран. Британский инженер Фредерик Уильямс первым додумался, как решить проблему со стабильностью этой памяти, в результате чего накопители получили его имя). В 1949 году были созданы ещё четыре машины: полноразмерный Manchester Mark I, EDSAC в Кембриджском университете, CSIRAC в Сиднее (Австралия) и американский BINAC – хотя последний так и не заработал. Небольшой, но стабильный поток компьютеров продолжался в последующие пять лет.

Некоторые авторы описывали ENIAC так, будто он покрыл прошлое завесой и мгновенно привёл нас в эру электронных вычислений. Из-за этого реальные свидетельства сильно искажались. «Появление полностью электронного ENIAC почти сразу же сделало Mark I устаревшим (хотя он ещё пятнадцать лет после этого успешно работал)» – писала Кэтрин Фишман [Katherine Davis Fishman, The Computer Establishment (1982)]. Это заявление настолько очевидно противоречит само себе, что можно подумать, будто левая рука мисс Фишман не знала, что делает правая. Можно, конечно, списать это на записки простого журналиста. Однако мы обнаруживаем, как пара настоящих историков снова выбирает Mark I в качестве мальчика для битья, и пишет: «Гарвардский Mark I был не только техническим тупиком, он вообще не делал ничего очень полезного за пятнадцать лет своей работы. Он использовался в нескольких проектах военного флота, и там машина показала себя достаточно полезной для того, чтобы флот заказал ещё несколько вычислительных машин для лаборатории Айкена» [Aspray and Campbell-Kelly]. Опять-таки явное противоречие.

На самом же деле у релейных компьютеров были свои преимущества, и они продолжали работать одновременно со своими электронными кузенами. Несколько новых электромеханических компьютеров было создано после Второй мировой, и даже в начале 1950-х в Японии. Релейные машины было легче разрабатывать, создавать и поддерживать, и им не требовалось столько электричества и кондиционирования (для рассеивания огромного количества тепла, испускаемого тысячами электронных ламп). ENIAC использовал 150 КВт электричества, 20 из которых шло на его охлаждение.

Американские военные продолжали оставаться основным потребителем вычислительных мощностей и не пренебрегали «устаревшими» электромеханическими моделями. В конце 1940-х в распоряжении армии было четыре релейных компьютера, а у флота – пять. В баллистической исследовательской лаборатории в Абердине скопилась крупнейшая концентрация вычислительных мощностей в мире, ведь там работали ENIAC, релейные калькуляторы от Белла и IBM, и старый дифференциальный анализатор. В сентябрьском отчёте 1949 года каждому было отведено своё место: ENIAC лучше всего работал с длинными простыми вычислениями; калькулятор Белла модели V лучше обрабатывал сложные вычисления благодаря практически неограниченной по длине плёнке с инструкциями и возможности работать с плавающей запятой, а IBM мог обрабатывать очень большие количества информации, хранящейся в перфокартах. Тем временем определённые операции, вроде извлечения кубических корней, всё ещё было проще выполнять вручную (комбинируя использование таблиц и настольных калькуляторов) и экономить машинное время.

Лучшей отметкой завершения электронной вычислительной революции будет не 1945 год, когда родился ENIAC, а 1954-й, когда появились компьютеры IBM 650 и 704. Это были не первые коммерческие электронные компьютеры, но они стали первыми, выпускавшимися сотнями, и определили доминирующее положение IBM в индустрии компьютеров, продержавшееся тридцать лет. В терминологии Томаса Куна, электронные компьютеры перестали быть странной аномалией 1940-х, существующих только в мечтах таких изгоев, как Атанасов и Моучли; они стали нормальной наукой.

Один из множества компьютеров IBM 650 – в данном случае это экземпляр Техасского университета A&M. Память на магнитном барабане (внизу) делала его относительно медленным, но и относительно недорогим.

Покидая гнездо

К середине 1950-х схема и конструкция цифрового вычислительного оборудования отвязалась от её истоков, лежащих в переключателях и усилителях аналоговых систем. Схемы работы компьютеров 1930-х и начала 40-х сильно полагались на идеи из лабораторий физики и радаров, и особенно идеи инженеров телекоммуникаций и исследовательских отделов. Теперь компьютеры организовали свою собственную область, и специалисты в этой области вырабатывали собственные идеи, словарь и инструменты для решения собственных проблем.

Появился компьютер в его современном смысле, и поэтому наша история реле подходит к завершению. Однако у мира телекоммуникаций был ещё один интересный козырь в рукаве. Электронная лампа превзошла реле благодаря отсутствию подвижных частей. А у последнего реле в нашей истории преимущество было в полном отсутствии каких бы то ни было внутренних частей. Безобидно выглядящий комочек материи, из которого торчит несколько проводов, появился благодаря новой ветви электроники, известной, как «твердотельная».

Хоть электронные лампы и были скоростными, они оставались дорогими, крупными, горячими и не особенно надёжными. На них нельзя было сделать, допустим, ноутбук. Фон Нейман в 1948 году писал, что «маловероятно, что мы сможем превзойти количество переключателей в 10 000 (или, возможно, несколько десятков тысяч), пока будем вынуждены применять текущие технологии и философию)». Твердотельное реле дало компьютерам возможность снова и снова выходить за эти пределы, преодолевая их многократно; войти в обиход малого бизнеса, школ, домов, бытовой техники и поместиться в карманы; создать волшебную цифровую страну, пронизывающую наше сегодняшнее существование. И чтобы найти его истоки, нам нужно отмотать часы на пятьдесят лет назад, и вернуться к интересным ранним дням беспроводных технологий.

Что ещё почитать:

• David Anderson, “Was the Manchester Baby conceived at Bletchley Park?”, British Computer Society (June 4th, 2004)
• William Aspray, John von Neumann and the Origins of Modern Computing (1990)
• Martin Campbell-Kelly and William Aspray, Computer: A History of the Information Machine (1996)
• Thomas Haigh, et. al., Eniac in Action (2016)
• John von Neumann, “First Draft of a Report on EDVAC” (1945)
• Alan Turing, “Proposed Electronic Calculator” (1945)

Далее: Пробираясь на ощупь в темноте >>

70 лет назад в СССР изобрели полупроводниковый компьютер. Почему у нас нет своей IBM?

В 1947 году в СССР еще не глушили западное радио. Недоучившийся студент МЭИ (был выгнан в 1938 году как сын «врага народа») Башир Рамеев любил слушать Би-би-си. Однажды там крутили передачу о вычислительной машине ЭНИАК — первом цифровом компьютере, созданном в США к концу 1945 года. Загоревшись идеей, он обратился с ней к члену-корреспонденту Академии наук Исааку Бруку и в мае 1948 года был принят инженером-конструктором в Лабораторию электросистем Энергетического института Академии. Вскоре он и Брук совместно представили необычный проект программируемого компьютера.

Компьютеры в те годы мало походили на современные. Тот же ЭНИАК весил 27 т и содержал 17 468 электронных ламп. Каждую неделю две-три из них сгорали, машина останавливалась. Гарантированное бесперебойное время ее работы было равно всего 20 часам: длинные вычисления было просто невозможно довести до конца. Половину времени ЭНИАК вообще простаивал: искали сгоревшие лампы.

Рамеев и Брук придумали, как заменить лампы полупроводниковыми деталями. Это упрощало конструкцию компьютера, повышало надежность и долговечность, снижало расходы энергии (лампы для работы нужно было прогревать). Вдобавок полупроводниковые элементы способны работать на очень высоких частотах, что ускоряет вычисления.

Заявка на патент была подана в конце 1948 года, а в 1949-м Рамеева призвали в армию. Брук остался без человека, умеющего «руками» работать с электроникой. Найти замену было чрезвычайно сложно. Брук отобрал десяток человек из выпускников вузов, а один из талантов, Юрий Рогачев, к тому времени даже не окончил школу. Но патент — это одно дело, а компьютер — другое. Академия велела построить машину, получившую название М-1, только в апреле 1950-го. Первые биты были ею обработаны в декабре того же года, на десять дней раньше, чем киевским компьютером МЭСМ.

За счет немецких полупроводников, полученных в счет послевоенных репараций и случайно найденных Бруком на складах МЭИ, М-1 во многом превосходил ЭНИАК. Американскому компьютеру требовалась мощность 174 кВт, советскому — только 8 кВт, а занимал он всего 4 кв. м: по сравнению с 27-тонным монстром — малютка. В М-1 тоже был магнитный барабан для хранения данных (что-то вроде жесткого диска), но еще — аналог оперативной памяти. Ею служили электростатические трубки наподобие тех, что использовались в телевизорах. Для своего времени это был уникальный компьютер.  

В 1950-х появились первые советские серийные ЭВМ. Их устанавливали в научные, военные учреждения и использовали для шифровки связи, прогнозирования погоды и разных вычислений. Также Брук предложил использовать их для управления электростанциями и другими сложными промышленными установками.

Почему в Союзе не появились свои Intel и IBM?

Несмотря на бодрый старт, в СССР не удалось выдержать высокий темп развития компьютерной техники. Проблемы начались после появления микропроцессоров: к началу 1970-х детали стали такими крохотными, что их больше нельзя было собрать вручную. Для производства этих деталей нужны были радиоэлектронные фабрики, потом потребовались особые вакуумные камеры для выращивания кремниевых кристаллов для микросхем. 

Одновременно поменялись условия технологической гонки СССР со странами Запада. Сталинскому Советскому Союзу никто не продал бы машину, на которой делают выкладки для водородной бомбы. А за пределами США во времена Брука и Рамеева работающих цифровых ЭВМ вообще не было. Чтобы иметь хоть какие-то компьютеры, их приходилось делать самим.

При Брежневе СССР нарастил экспорт дорожающей нефти. На вырученные деньги стали закупать технологии: это было если не дешевле, то проще, чем создавать что-то самостоятельно. Так появились ВАЗ, КамАЗ и первые ЭВМ на базе клонов западных микропроцессоров. Оборудование для выпускавших их заводов тоже завозилось из-за рубежа.

На этапе начала массового производства ЭВМ между нашей страной и Западом возник разрыв. Если купленная у «Фиата» платформа «Жигулей» устаревала десятки лет, то компьютеры — всего за несколько. Пока импортная техника внедрялась в производство, на Западе успевали сделать новые, более совершенные машины. 

В начале 1980-х IBM и Apple выпустили первые персональные компьютеры, за ними последовали другие фирмы. Сходные конструкции предлагались и в СССР, например «Микро-80», но руководство страны задумки не оценило. Заместитель министра радиопромышленности СССР Николай Горшков в 1980 году сказал авторам «Микро»: «Ребята, хватит заниматься ерундой. Персонального компьютера не может быть. Могут быть персональный автомобиль, персональная пенсия, персональная дача. Вы вообще знаете, что такое ЭВМ? ЭВМ — это 100 кв. м площади, 25 человек обслуживающего персонала и 30 л спирта ежемесячно!»

В технологической гонке с Западом надо было все время бежать просто для того, чтобы остаться на том же месте. А чтобы догнать, нужно было бежать еще быстрее. Чиновники просто не понимали, что отрасль развивается стремительно, а молодые конструкторы не могли повлиять на мнение бюрократов. Если бы Стиву Джобсу пришлось убеждать американского министра, «макинтоши» появились бы намного позже, а то и не появились бы вовсе.

Клоны машин Apple и IBM в СССР все-таки производили, только они тут же устаревали, а после распада страны заниматься отраслью стало некому. Российский бизнес в 1990-х был готов вложить деньги в торговлю компьютерами, но не разработку и производство.

В последнее время появились предпосылки для развития отечественной радиоэлектроники. Не секрет, что для части военных разработок и оборудования специального назначения не приходится рассчитывать на поставки из-за рубежа. Вдобавок электроника на основе кремния в нынешнем виде почти достигла предела развития, поэтому производительность процессоров растет намного медленнее, чем раньше.

Сегодня за сравнительно небольшие деньги можно создать микросхемы, по уровню приближающиеся к продуктам той же Intel. Например, в процессоре «Эльбрус-8СВ» размер элементов составляет примерно 28 миллиардных частей метра. Подобные процессоры появились в мире только в 2011 году. Конечно, на массовом рынке «Эльбрус» обречен, но в госучреждениях и силовых структурах ему можно найти применение.

Кажется, что история с первым на свете полупроводниковым компьютером была давно и уже не имеет значения. Но потом похожие случаи были и в других индустриях, например сотовой связи: советский экспериментальный радиотелефон ЛК-1 в свое время сильно опередил западные аналоги.

В высокотехнологичных отраслях и в 1948 году, и сегодня действуют одни и те же принципы. Для успеха нужны и специалисты, и воля элит к преодолению неизбежных технических трудностей, и готовность инвестировать в рискованные проекты. Без всех этих компонентов история с первым полупроводниковым компьютером может повториться с другими инновациями.

Александр Березин, научно-популярный сайт «Чердак»

как женщины программировали первый электронный вычислитель ENIAC

Марлин Вескофф [слева] и Рут Лихтерман были двумя женщинами-программистами ENIAC.

14 февраля 1946 года журналисты собрались в Инженерной школе Мура при Пенсильванском университете, чтобы стать свидетелями публичной демонстрации одного из первых в мире электронных цифровых компьютеров общего назначения — электронного числового интегратора и вычислителя (ENIAC). 

Артур Бёркс, математик и старший инженер команды ENIAC, отвечал за демонстрацию возможностей машины. Сначала он заставил компьютер сложить 5000 чисел — с этой задачей вычислитель справился за секунду. Затем он продемонстрировал, что машина может вычислить траекторию бомбы за меньшее время, чем ей требуется для полета к цели.

Репортеры были потрясены новым компьютером. Насколько они могли судить, все, что Бёркс должен был делать — это нажимать на кнопки, и машина тут же начинала работать, вычисляя за минуты то, на что раньше у людей уходили целые дни.

Однако демонстрация есть демонстрация: от журналистов скрывали то, что за вычислительной мощью ENIAC стояла трудная новаторская работа по программированию команды из шести женщин, которые ранее сами работали как «компьютеры». 

Бетти Джин Дженнингс [слева] и Фрэнсис Билас работают с главной панелью управления ENIAC.

План создания вычислительной машины, которая могла бы рассчитывать траектории бомб, сформировался в первые годы Второй мировой войны. Инженерная школа Мура работала с Лабораторией баллистических исследований (ЛБИ), где команда из 100 «человеческих компьютеров» обучалась ​​ручному расчету таблиц стрельбы для артиллерийских снарядов. 

Эта задача требовала высокого уровня математического мастерства, в том числе способности решать нелинейные дифференциальные уравнения и использовать дифференциальные анализаторы и логарифмические линейки. Тем не менее, компьютерные вычисления считались канцелярской работой, слишком утомительной и однообразной для инженеров-мужчин. Поэтому ЛБИ нанимала женщин, которые в основном имели высшее образование и демонстрировали высокие математические способности, подходящие для выполнения этой работы.

По мере развития войны способность вычислять траектории полета бомб становилась все более неотъемлемой частью военной стратегии, и Лаборатория баллистических исследований испытывала все большее давление со стороны военных, которые требовали немедленных результатов.

В 1942 году физик Джон Мокли написал меморандум, в котором предлагалось создать программируемый «электронный калькулятор» общего назначения, который мог бы автоматизировать вычислительный процесс. К июню 1943 года Мокли вместе с инженером-электриком Дж. Преспером Эккертом получили финансирование на строительство ENIAC. 

Дж. Преспер Эккерт, Джон Мокли, Бетти Джин Дженнингс и Герман Голдстайн перед ENIAC.

Цель электронного компьютера состояла в том, чтобы заменить сотни «человекокомпьютеров» ЛБИ, ускорить процесс расчета и сделать его более эффективным — шутка ли, для каждого снаряда и оружия требовалось рассчитать около 3000 траекторий полета, каждая из которой требовала порядка 1000 операций. Один человек мог рассчитать одну траекторию за пару недель, а расчет всей таблицы занимал целых 4 года — очень большой срок в рамках войны, а ведь без такой таблицы артиллеристы банально не смогли бы точно попасть в цель.

Летом 1944 года были готовы два первых «аккумулятора» — модуля, используемых для сложения чисел. Соединив их вместе, Мочли и Эккерт перемножили на них два числа, 5 и 1000, и получили правильный результат, так что проект было решено довести до конца. 

Увы — ENIAC был полностью готов лишь осенью 1945, уже после окончания войны. Но, если вспомнить его масштабы, скорее удивляло то, как быстро его смогли собрать: это был 30-тонный монстр, который занимал порядка 140 квадратных метров и использовал 17000 вакуумных ламп, 70000 резисторов, 10000 конденсаторов, 1500 реле и 6000 ручных переключателей. Для программирования этой машины было решено использовать перфокарты — метод, который использовала IBM для программирования других машин на протяжении десятилетий. Но остался самый важный вопрос — кто сможет работать с этой махиной?

Адель и Герман Голдстайн, супружеская пара, которая руководила вычислительными операциями в ЛБИ, предложили, чтобы эту задачу выполнили самые искусные математические умы из их группы. Вместе они отобрали шесть женщин — Кэтлин МакНалти, Фрэнсис Билас, Бетти Джин Дженингс, Рут Лихтерман, Элизабет Снайдер и Марлин Вескофф — для становления их от «человеческих компьютеров» до операторов ENIAC.

Элизабет «Бетти» Снайдер работает на ENIAC.

Их первой задачей было познакомиться с новым компьютером, внутри и снаружи. Они изучили чертежи машины, чтобы понять ее схему, логику и физическую структуру. Команда из шести операторов отвечала за настройку и подключение машины для выполнения конкретных вычислений, обработку перфокарт и отладку самого вычислителя. Зачастую это требовало ползания внутри машины, чтобы заменить неисправную вакуумную трубку или заклинившее реле.

ENIAC не был закончен вовремя, чтобы вычислять траектории бомб во время войны. Однако, очевидно, что такая великолепная машина не будет долго простаивать, и уже в ноябре 1946 года вычислитель был «завербован» Джоном фон Нейманом для проведения расчетов ядерного синтеза. Это потребовало использования более 1 миллиона перфокарт. Физики из Лос-Аламоса полностью полагались на навыки программирования операторов — лишь они одни знали, как справляться с таким количеством операций.

Тем не менее, вклад женщин-программистов не получил ни признания, ни одобрения. Отчасти это было связано с тем, что программирование машин все еще было тесно связано с человеческими вычислениями, и поэтому считалось одним из видов «непрофессиональной» женской работы. Ведущие инженеры и физики были сосредоточены на проектировании и создании аппаратного обеспечения, которое они считали более важным для будущего вычислительной техники.

По этой причине, когда ENIAC был наконец представлен прессе в 1946 году, шесть женщин-операторов были скрыты от глаз публики. Это был рассвет холодной войны, и американские военные стремились продемонстрировать свое технологическое превосходство. Представляя ENIAC как автономную интеллектуальную машину, инженеры специально делали акцент на технологическом превосходстве компьютеров перед человеком.

Такая тактика связи с общественностью сработала, и она повлияла на освещение компьютерной тематики в СМИ в последующие десятилетия. В новостях о ENIAC, которые распространились по всему земному шару, машина заняла центральное место: ее называли «электронным мозгом», «волшебником» и «мозгом робота, созданным человеком».

Мало кто упомянул о тяжелой кропотливой работе шести женщин-операторов, которые ползали между проводами и вакуумными трубкам машины, чтобы дать возможность так называемому машинному интеллекту действовать во благо человечеству.

Первый реально работающий электронный компьютер.

Мочли, физик, увлекавшийся метеорологией, давно мечтал о создании устройства, которое позволило бы применить статистические методы для прогнозирования погоды. Перед войной он смастерил несколько простых цифровых счетных устройств на электронных лампах. Возможно, интерес к электронным вычислительным машинам возник у него под влиянием идей Джона Атанасоффа, работавшего в шт. Айова. В июне 1941 г. Мочли в течение пяти дней гостил у Атанасоффа, наблюдая, как тот вместе со своим помощником Клиффордом Берри трудился над прототипом компьютера, содержащим около З00 электронных ламп.

Существенным или нет оказалось влияние Атанасоффа — позже этот вопрос стал предметом судебной тяжбы, — но вдохновил Мочли на эту работу Прес Эккерт. Моложе Мочли на 12 лет Эккерт был поистине виртуозом в технике. В возрасте восьми лет он построил миниатюрный приемник. Как вспоминал позднее Мочли, Эккерт убедил его, что «мечты О компьютере можно осуществить на практике».

В августе 1942 г. Мочли написал нечто вроде заявки на пяти страничках, где вкратце изложил их совместное с Эккертом предложение о создании быстродействующего компьютера на электронных лампах. Заявка затерялась в инстанциях. Однако через несколько месяцев лейтенант Герман Голдстейн, прикомандированный к училищу военный представитель, случайно услышал об этой идее. В то время армия крайне нуждалась в новых баллистических таблицах. Артиллеристы сообщали из Северной Африки, что из–за очень мягкого грунта орудия далеко откатываются при отдаче и снаряды не достигают цели.

Голдстейн, до войны преподававший математику в Мичиганском университете, сразу же оценил значение предлагаемого проекта компьютера и начал хлопотать от имени военного командования, чтобы проект приняли к разработке. Наконец, 9 апреля 1943 г. — в день, когда Эккерту исполнилось 24 года, — армия заключила с училищем контракт на 400 тыс. долл., предусматривающий создание компьютера Эниак.

Группа специалистов, работавшая над этим проектом, в конечном счете выросла до 50 человек. Мочли был главным консультантом проекта, Эккерт — главным конструктором. Разные по своему характеру и привычкам эти два человека прекрасно дополняли друг друга. Быстрый и общительный Мочли генерировал идеи, а сдержанный, хладнокровный и осторожный Эккерт подвергал эти идеи строгому анализу, желая убедиться, что они действенны. «Он обладал потрясающей способностью переводить все на практический уровень, пользуясь простыми техническими средствами, — так охарактеризовал Эккерта один из членов группы, — Преспер был не тем человеком, который мог бы потеряться в тысяче уравнений».

Конструкция машины выглядела фантастически сложной — предполагалось, что она будет содержать 17468 ламп. Такое обилие ламп отчасти объяснялось тем, что Эниак должен был работать с десятичными числами. Мочли предпочитал десятичную систему счисления, ибо хотел, чтобы «машина была понятна человеку». Однако столь большое количество ламп, которые, перегреваясь, выходили из строя, приводили к частым поломкам. При 17 тыс. ламп, одновременно работающих с частотой 100 тыс. импульсов в секунду, ежесекундно возникало 1,7 млрд. ситуаций, в которых хотя бы одна из ламп могла не сработать. Экерт разрешил эту проблему, позаимствовав прием, который широко использовался при эксплуатации больших электроорганов в концертных залах: на лампы стали подавать несколько меньшее напряжение, и количество аварий снизилось до одной–двух в неделю.

Экерт разработал также программу строгого контроля исправности аппаратуры. Каждый из более чем 100 тыс. электронных компонентов 30–тонной машины подвергался тщательной проверке, затем все они аккуратно расставлялись по местам и запаивались, а иногда и перепаивались не раз. Эта работа потребовала большого напряжения сил всех членов группы, включая Мочли, ее «мозговой центр».

В конце 1945 г., когда ENIAC был наконец собран и готов к проведению первого официального испытания, война, нуждам которой он был призван служить, окончилась. Однако сама задача, выбранная для проверки машины, — расчеты, которые должны были ответить на вопрос о принципиальной возможности создания водородной бомбы, — указывала на то, что роль компьютера в послевоенные годы и годы «холодной войны» не снижалась, а скорее возрастала.

Эниак успешно выдержал испытания, обработав около миллиона перфокарт фирмы IBM. Спустя два месяца машину продемонстрировали представителям прессы. По своим размерам (около 6 м в высоту и 26 м в длину) этот компьютер более чем вдвое превосходил Марк–1 Говарда Эйкена.

Однако двойное увеличение в размерах сопровождалось тысячекратным увеличением в быстродействии. По словам одного восхищенного репортера, Эниак работал «быстрее мысли».

Не успел Эниак вступить в эксплуатацию, как Мочли и Эккерт уже работали по заказу военных над новым компьютером. Главным недостатком компьютера Эниак были трудности, возникавшие при изменении вводимых в него инструкций, т. е. программы. Объема внутренней памяти машины едва хватало для хранения числовых данных, используемых в расчетах. Это означало, что программы приходилось буквально «впаивать» в сложные электронные схемы машины. Если требовалось перейти от вычислений баллистических таблиц к расчету параметров аэродинамической трубы, то приходилось бегать по комнате, подсоединяя и отсоединяя сотни контактов, как на ручном телефонном коммутаторе. В зависимости от сложности программы такая работа занимала от нескольких часов до двух дней. Это было достаточно веским аргументом, чтобы отказаться от попыток использовать Эниак в качестве универсального компьютера.

Эниак (компьютер) — это… Что такое Эниак (компьютер)?



Эниак (компьютер)

ENIAC

ЭНИАК (ENIAC, сокр. от англ. Electronic Number Integrator And Computer — Электронный числовой интегратор и вычислитель) — первый широкомасштабный, электронный, цифровой компьютер, который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач (предыдущие компьютеры имели только часть из этих свойств). Построен в 1946 году по заказу Армии США в Лаборатории баллистических исследований для расчётов таблиц стрельбы. Запущен 14 февраля 1946 года.

Архитектуру компьютера разработали в 1943 году Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мокли, учёные из Университета Пенсильвании. В отличие от созданного в 1941 году немецким инженером Конрадом Цузе комплекса Z3, использовавшего механические реле, в ЭНИАКе в качестве основы компонентной базы применялись вакуумные лампы. Всего комплекс включал 17468 ламп, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70000 резисторов и 10000 конденсаторов. Потребляемая мощность — 150 кВт. Вычислительная мощность — 300 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду. Вес — 27 тонн. Вычисления производились в десятичной системе.

До 1948 года для перепрограммирования ENIAC нужно было, фактически, перекоммутировать его заново.

Механические устройства для обработки числовой информации были изобретены в США и впервые использовались практически для обработки результатов переписи населения в 1890г. Изобретатель этих машин, Герман Холерит, в конце XIX века основал фирму, называемой IBM.

Современные вычислительные машины основаны на 2-х принципах:

• в памяти ЭВМ хранятся не только данные, но и сама программа;
• и то и другое хранится в виде многозначных двоичных чисел.

Первыми вычислительными машинами, базирующихся на этих принципах были: EDVAC (1950, США), МЭСМ (1951, СССР). Появление персональных ЭВМ произвело революцию в технологии процессов создания, накопления, передачи и обработки информации.

Wikimedia Foundation.
2010.

• Энзимопатия
• Эниак

Смотреть что такое «Эниак (компьютер)» в других словарях:

• КОМПЬЮТЕР — КОМПЬЮТЕР, устройство, обрабатывающее данные (информацию), следуя ряду команд, который носит название КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ. Интегральные схемы ПЗУ (ROM) и ОЗУ (RAM) электронные запоминающие устройства служат в качестве постоянного и временного… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• ЭНИАК — ENIAC ЭНИАК (англ. ENIAC, сокр. от Electronic Numerical Integrator and Computer  Электронный числовой интегратор и вычислитель)  первый электронный цифровой компьютер общего назначения, который можно было перепрограммировать для р …   Википедия

• Компьютер — Схема персонального компьютера: 1. Монитор 2. Материнская плата 3 …   Википедия

• Компьютер Атанасова — Копия компьютера Атанасова Берри Компьютер Атанасова Берри (Atanaso …   Википедия

• Эниак — ENIAC ЭНИАК (ENIAC, сокр. от англ. Electronic Number Integrator And Computer Электронный числовой интегратор и вычислитель) первый широкомасштабный, электронный, цифровой компьютер, который можно было перепрограммировать для решения полного… …   Википедия

• Z3 (компьютер) — Реплика Z3 в музее «Z3»  первая программируемая вычислительная машина, обладающая всеми свойствами современного компьютера. Создана немецким инженером Конрадом Цузе и представлена вниманию научной общественности 12 мая 1941 года. Машина… …   Википедия

• Марк I (компьютер) — У этого термина существуют и другие значения, см. Mark. Часть Har …   Википедия

• История вычислительной техники — История науки …   Википедия

• История ЭВМ — [1]Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих… …   Википедия

• Z3 — Воссозданный Z3 в Немецком музее г. Мюнхена Z3  первая полнофункциональная программно управляемая и свободно программируемая в двоичном коде с плавающей точкой рабочая вычислительная машина …   Википедия

ENIAC — Переиздание Википедии // WIKI 2

Первая электронная цифровая вычислительная машина общего назначения

Глен Бек (на заднем плане) и Бетти Снайдер (на переднем плане) показывают программу ENIAC в здании 328 BRL (фотография армии США, ок. 1947-1955 гг.)

ENIAC (; Электронный цифровой интегратор и компьютер ) ^{[1] [2]} был первым программируемым электронным цифровым компьютером общего назначения. ^[3] Он был полным по Тьюрингу и был способен решать «большой класс числовых задач» посредством перепрограммирования. ^{[4] [5]}

Хотя ENIAC был разработан и в основном использовался для расчета таблиц артиллерийской стрельбы для Лаборатории баллистических исследований армии США (которая позже стала частью Исследовательской лаборатории армии), ^{[6] [7]} его первой программой было исследование возможности создания термоядерного оружия. ^{[8] [9]}

ENIAC был завершен в 1945 году и впервые введен в эксплуатацию для практических целей 10 декабря 1945 года. ^[10]

ENIAC был официально открыт в Пенсильванском университете 15 февраля 1946 года и был провозглашен прессой «Гигантским мозгом». ^[11] Он имел скорость порядка тысячи раз быстрее, чем у электромеханических машин; эта вычислительная мощность в сочетании с универсальной программируемостью волновала как ученых, так и промышленников. Комбинация скорости и программируемости позволила выполнить тысячи дополнительных вычислений для проблем, поскольку ENIAC рассчитал траекторию за 30 секунд, на которую у человека ушло 20 часов (позволяя одному часу ENIAC заменить 2400 человеческих часов). ^[12] Завершенная машина была объявлена ​​публике вечером 14 февраля 1946 года и официально посвящена на следующий день в Пенсильванском университете, ее стоимость составила почти 500 000 долларов (приблизительно 7 150 000 долларов в долларах 2020 года с поправкой на инфляцию). Он был официально принят Артиллерийским корпусом армии США в июле 1946 года. ENIAC был закрыт 9 ноября 1946 года для ремонта и модернизации памяти и в 1947 году был переведен на Абердинский полигон, штат Мэриленд. Там 29 июля 1947 года. , он был включен и находился в непрерывном режиме до 11:45 р.м. 2 октября 1955 г.

Энциклопедия YouTube

• 1/5

  Просмотры:

  538974

  50612

  199970

  70328

• ✪ 1946 ENIAC Computer History Remastered ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ Первая крупная цифровая электроника для компьютерного образования

• ✪ ENIAC: первый компьютер

• ✪ История ENIAC — TecMundo

• ✪ Запуск IBM 604, компьютер 1948 года

• ✪ ENIAC: электронный числовой интегратор и компьютер

Содержание

Разработка и дизайн

Проектирование и строительство

ENIAC финансировалось армией США, артиллерийским корпусом, командованием исследований и разработок во главе с генерал-майором Гладеоном М.Барнс. Общая стоимость составила около 487 000 долларов, что эквивалентно 7 195 000 долларов в 2019 году. ^[13] Контракт на строительство был подписан 5 июня 1943 года; Работа над компьютером началась тайно в Школе электротехники Мура ^[14] при Пенсильванском университете в следующем месяце под кодовым названием «Project PX» с Джоном Гристом Брейнердом в качестве главного исследователя. Герман Х. Голдстайн убедил армию профинансировать проект, в результате чего он возглавил его за них. ^[15]

ENIAC был разработан Джоном Мочли и Дж.Преспер Эккерт из Университета Пенсильвании, США ^[16] В команду инженеров-проектировщиков, участвующих в разработке, входили Роберт Ф. Шоу (функциональные таблицы), Джеффри Чуан Чу (делитель / квадратный корень), Томас Кайт Шарплесс (мастер-программист) , Фрэнк Мурал (мастер-программист), Артур Беркс (умножитель), Гарри Хаски (читатель / принтер) и Джек Дэвис (аккумуляторы). ^[17] Значительная работа по развитию была проведена женщинами-программистами ENIAC. В 1946 году исследователи уволились из Пенсильванского университета и основали Eckert-Mauchly Computer Corporation.

ENIAC представлял собой модульный компьютер, состоящий из отдельных панелей для выполнения различных функций. Двадцать из этих модулей были аккумуляторами, которые могли не только складывать и вычитать, но и хранить в памяти десятизначное десятичное число. Номера передавались между этими блоками через несколько автобусов общего назначения (или лоток, как их называли, ). Для достижения высокой скорости панели должны были отправлять и получать числа, вычислять, сохранять ответ и запускать следующую операцию, и все это без каких-либо движущихся частей.Залогом его универсальности была способность ответвление ; он может запускать различные операции в зависимости от знака вычисленного результата.

Компоненты

К моменту завершения работы в 1956 году ENIAC содержал 18 000 электронных ламп; 7200 кристаллических диодов; 1500 реле; 70 000 резисторов; 10000 конденсаторов; и примерно 5 000 000 паяных вручную соединений. Он весил более 30 коротких тонн (27 т), имел размеры примерно 2,4 м × 0,9 м × 30 м (8 футов × 3 фута × 98 футов), занимал 167 м ² (1800 квадратных футов) и потреблял 150 кВт. электричества. ^{[19] [20]} Это требование к питанию привело к появлению слухов о том, что всякий раз, когда компьютер включается, в Филадельфии гаснет свет. ^[21] Ввод был возможен с кардридера IBM, а для вывода использовался перфоратор IBM. Эти карты можно было использовать для вывода на печать в автономном режиме с помощью бухгалтерской машины IBM, такой как IBM 405. Хотя ENIAC изначально не имел системы для хранения памяти, эти перфокарты можно было использовать для хранения внешней памяти. ^[22] В 1953 году к ENIAC была добавлена ​​память на 100 слов, созданная корпорацией Burroughs. ^[23]

ENIAC использовал десятипозиционные кольцевые счетчики для хранения цифр; каждая цифра требовала 36 электронных ламп, 10 из которых были двойными триодами, составляющими триггеры кольцевого счетчика. Арифметика выполнялась путем «подсчета» импульсов кольцевыми счетчиками и генерации импульсов переноса, если счетчик «вращался», идея заключалась в электронной имитации работы цифровых колесиков механической счетной машины.

ENIAC имел 20 десятизначных сумматоров со знаком, которые использовали представление десятичного дополнения и могли выполнять 5000 простых операций сложения или вычитания между любым из них и источником (например,g., другой аккумулятор или постоянный передатчик) в секунду. Можно было подключить несколько аккумуляторов для одновременной работы, поэтому пиковая скорость работы потенциально была намного выше из-за параллельной работы.

Капрал Ирвин Голдштейн (на переднем плане) устанавливает переключатели на одной из функциональных таблиц ENIAC в Школе электротехники Мура. (Фотография армии США) ^[24]

Можно было подключить перенос одного аккумулятора к другому для выполнения арифметических операций с удвоенной точностью, но синхронизация схемы переноса аккумулятора не позволяла подключать три или более для еще более высокой точности.ENIAC использовал четыре аккумулятора (управляемых специальным умножителем) для выполнения до 385 операций умножения в секунду; пять накопителей управлялись специальным блоком делителя / квадратного корня, который выполнял до 40 операций деления в секунду или трех операций извлечения квадратного корня в секунду.

Остальные девять модулей в ENIAC были инициирующим устройством (запускал и останавливал машину), циклическим устройством (используемым для синхронизации других устройств), главным программистом (управляемая последовательность цикла), считывателем (управляемым перфокартой IBM). считыватель), принтер (управляемый перфоратором IBM), датчик константы и три таблицы функций.

Время работы

Ссылки Рохаса и Хашагена (или Уилкса) ^[16] дают более подробную информацию о времени для операций, которые несколько отличаются от указанных выше.

Базовый машинный цикл составлял 200 микросекунд (20 циклов тактовой частоты 100 кГц в циклическом блоке) или 5000 циклов в секунду для операций с 10-значными числами. В одном из этих циклов ENIAC может записать число в регистр, прочитать число из регистра или сложить / вычесть два числа.

Умножение 10-значного числа на d -значное число (для d до 10) заняло d +4 цикла, поэтому умножение 10 на 10 заняло 14 циклов, или 2800 микросекунды — скорость 357 в секунду. Если в одном из чисел было меньше 10 цифр, операция выполнялась быстрее.

На деление и извлечение квадратного корня ушло 13 ( d +1) циклов, где d — это количество цифр в результате (частное или квадратный корень). Таким образом, деление или извлечение квадратного корня занимало 143 цикла, или 28 600 микросекунд, то есть 35 в секунду.(Wilkes 1956: 20 ^[16] утверждает, что деление с десятизначным частным требовало 6 миллисекунд.) Если результат содержал менее десяти цифр, он был получен быстрее.

Надежность

ENIAC использовал обычные восьмеричные радиолампы того времени; десятичные аккумуляторы были сделаны из триггеров 6SN7, а 6L7s, 6SJ7s, 6SA7s и 6AC7s использовались в логических функциях. ^[27] Многочисленные 6L6 и 6V6 служили линейными драйверами для

.

компьютер | История, сети, операционные системы и факты

Компьютер , устройство для обработки, хранения и отображения информации.

компьютер Портативный компьютер. © Fatman73 / Fotolia

Популярные вопросы

Что такое компьютер?

Компьютер — это машина, которая может хранить и обрабатывать информацию. Большинство компьютеров полагаются на двоичную систему, которая использует две переменные, 0 и 1, для выполнения таких задач, как хранение данных, вычисление алгоритмов и отображение информации.Компьютеры бывают самых разных форм и размеров, от карманных смартфонов до суперкомпьютеров весом более 300 тонн.

Кто изобрел компьютер?

Какой компьютер самый мощный в мире?

По состоянию на июнь 2020 года самым мощным компьютером в мире является японский суперкомпьютер Fugaku, разработанный Riken и Fujitsu. Он использовался для моделирования симуляций COVID-19.

Как работают языки программирования?

Популярные современные языки программирования, такие как JavaScript и Python, работают через несколько форм парадигм программирования.Функциональное программирование, которое использует математические функции для выдачи выходных данных на основе ввода данных, является одним из наиболее распространенных способов использования кода для предоставления команд компьютеру.

Что умеют компьютеры?

Самые мощные компьютеры могут выполнять чрезвычайно сложные задачи, такие как моделирование экспериментов с ядерным оружием и прогнозирование изменения климата. Развитие квантовых компьютеров, машин, которые могут обрабатывать большое количество вычислений с помощью квантового параллелизма (производного от суперпозиции), могло бы выполнять еще более сложные задачи.

Являются ли компьютеры сознательными?

Способность компьютера обретать сознание — широко обсуждаемая тема. Некоторые утверждают, что сознание зависит от самосознания и способности мыслить, а это означает, что компьютеры обладают сознанием, потому что они распознают окружающую среду и могут обрабатывать данные. Другие считают, что человеческое сознание никогда не может быть воспроизведено физическими процессами.

Компьютер когда-то означал человека, выполняющего вычисления, но теперь этот термин почти повсеместно относится к автоматизированному электронному оборудованию.Первый раздел этой статьи посвящен современным цифровым электронным компьютерам и их конструкции, составным частям и приложениям. Второй раздел посвящен истории вычислительной техники. Подробнее о компьютерной архитектуре, программном обеспечении и теории, см. информатика.

Основы вычислительной техники

Первые компьютеры использовались в основном для численных расчетов. Однако, поскольку любую информацию можно закодировать численно, люди вскоре поняли, что компьютеры способны обрабатывать информацию общего назначения.Их способность обрабатывать большие объемы данных расширила диапазон и точность прогнозов погоды. Их скорость позволила им принимать решения о маршрутизации телефонных соединений через сеть и управлять механическими системами, такими как автомобили, ядерные реакторы и роботизированные хирургические инструменты. Они также достаточно дешевы, чтобы их можно было встроить в бытовую технику и сделать сушилки для одежды и рисоварки «умными». Компьютеры позволили нам задавать вопросы, которые раньше не могли быть заданы, и отвечать на них.Эти вопросы могут касаться последовательностей ДНК в генах, моделей активности на потребительском рынке или всех случаев использования слова в текстах, хранящихся в базе данных. Все чаще компьютеры также могут учиться и адаптироваться в процессе работы.

Компьютеры также имеют ограничения, некоторые из которых являются теоретическими. Например, есть неразрешимые предложения, истинность которых не может быть определена в рамках данного набора правил, таких как логическая структура компьютера. Поскольку не может существовать универсального алгоритмического метода для идентификации таких предложений, компьютер, которого попросили получить истинность такого предложения, будет (если не прервать его принудительно) бесконечно долго — состояние, известное как «проблема остановки».( См. машина Тьюринга). Другие ограничения отражают современные технологии. Человеческий разум умеет распознавать пространственные модели — например, легко различать человеческие лица — но это сложная задача для компьютеров, которые должны обрабатывать информацию последовательно, а не улавливать детали в целом с первого взгляда. Еще одна проблемная область для компьютеров — это взаимодействие на естественном языке. Поскольку в обычном человеческом общении предполагается так много общих знаний и контекстной информации, исследователям еще предстоит решить проблему предоставления соответствующей информации универсальным программам на естественном языке.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Аналоговые компьютеры используют непрерывные физические величины для представления количественной информации. Сначала они представляли величины с механическими компонентами ( см. дифференциальный анализатор и интегратор), но после Второй мировой войны использовались напряжения; к 1960-м годам их в значительной степени заменили цифровые компьютеры. Тем не менее аналоговые компьютеры и некоторые гибридные аналогово-цифровые системы продолжали использоваться в течение 1960-х годов в таких задачах, как моделирование самолетов и космических полетов.

Одним из преимуществ аналоговых вычислений является то, что можно относительно просто спроектировать и построить аналоговый компьютер для решения единственной проблемы. Другое преимущество состоит в том, что аналоговые компьютеры часто могут представлять и решать проблему «в реальном времени»; то есть вычисление происходит с той же скоростью, что и моделируемая им система. Их основные недостатки заключаются в том, что аналоговые представления ограничены по точности — обычно несколько десятичных знаков, но меньше в сложных механизмах, — а устройства общего назначения дороги и их нелегко запрограммировать.

В отличие от аналоговых компьютеров цифровые компьютеры представляют информацию в дискретной форме, как правило, в виде последовательностей нулей и единиц (двоичных цифр или битов). Современная эра цифровых компьютеров началась в конце 1930-х — начале 1940-х годов в США, Великобритании и Германии. В первых устройствах использовались переключатели, работающие от электромагнитов (реле). Их программы хранились на перфоленте или картах, и у них было ограниченное внутреннее хранилище данных. Исторические разработки, см. В в разделе «Изобретение современного компьютера».

В 1950-х и 60-х годах Unisys (производитель компьютеров UNIVAC), International Business Machines Corporation (IBM) и другие компании производили большие и дорогие компьютеры все большей мощности. Они использовались крупными корпорациями и правительственными исследовательскими лабораториями, как правило, как единственный компьютер в организации. В 1959 году компьютер IBM 1401 был взят в аренду за 8000 долларов в месяц (первые машины IBM почти всегда сдавались в аренду, а не продавались), а в 1964 году самый большой компьютер IBM S / 360 стоил несколько миллионов долларов.

Эти компьютеры стали называть мэйнфреймами, хотя этот термин не стал общепринятым, пока не были построены компьютеры меньшего размера. Для мэйнфреймов были характерны (для своего времени) большие возможности хранения, быстрые компоненты и мощные вычислительные возможности. Они были очень надежными и, поскольку они часто удовлетворяли жизненно важные потребности в организации, иногда проектировались с резервными компонентами, которые позволяли им выдерживать частичные отказы. Поскольку это были сложные системы, ими управлял штат системных программистов, у которых только был доступ к компьютеру.Другие пользователи отправляли «пакетные задания» для выполнения по одному на мэйнфрейме.

Такие системы остаются важными сегодня, хотя они больше не являются единственным или даже основным центральным вычислительным ресурсом организации, которая обычно имеет сотни или тысячи персональных компьютеров (ПК). В настоящее время мэйнфреймы обеспечивают хранение данных большой емкости для Интернет-серверов или, благодаря методам разделения времени, позволяют сотням или тысячам пользователей одновременно запускать программы. Из-за их текущих ролей эти компьютеры теперь называются серверами, а не мэйнфреймами.

.