ENIAC

Первая в мире электронно-вычислительная машина

ENIAC первая универсальная электронная цифровая вычислительная машина, на фото выше была установлена на полигоне Абердин, штат Мэриленд. Она весила около 30 тонн и занимала 15 000 квадратных метров жилой площади.

ENIAC содержал более 19 000 вакуумных трубок. Его вычислительная мощность составляла 5000 операций в секунду. Вследствие чего вычисления на ENIAC занимало длительное время. Операторы соединяли проводами разъемы плат для программирования необходимых операций и вводили числа, используемые в расчетах, поворачивая циферблаты, пока те не соответствовали правильной цифры.

По сегодняшним меркам, ENIAC был медленным, но в 60 раз быстрее, чем механические дифференциальные анализаторы, на замену которых он пришел и для своего времени этот компьютер стал большим достижением. ENIAC «правил» в области компьютерных технологий в период с 1949 по 1952 г., когда он служил в качестве основного компьютера для решения научных проблем нации. Это был главный инструмент вычисления всех баллистических таблиц для американской армии и ВВС.

ENIAC был перевезен в Научно-исследовательскую лабораторию баллистики (BRL) в 1946 году. Его практически не использовали для решения «сложных ядерных задач», но он занимался вычислением баллистических таблиц для ракетного полигона Уайт-Сэндс.

В научно-исседовательской лаборатории было много новинок. Около 1958/1959 BRL решила построить очень высокопроизводительная ЭВМ для научных расчетов. Им стал BRLESC (BRL Electronic Scientific Computer). Это был очень дорогой и мощный компьютер и создан на основе вакуумных ламп в то время, когда все коммерческие компьютеры переключались на выпуск полупроводниковых приборов.

BINAC

Следующей машиной, произведенной командой Eckert & Mauchly, стал Binac, компьютер специального назначения. Создан был только в одном экземпляре. Binac воплотил четыре важных новшества:

• первый компьютер, который использовал параллельную вместо последовательной логику;
• первый компьютер, который можно запрограммировать изнутри;
• первый компьютер, который использовал магнитную ленту;
• первый компьютер, который был построен на полупроводниковых элементах.

Внутреннее программирование устранило длительную и утомительную задачу изменения поставленной задачи, пересоединяя кабелей открытой проводки.

В системах параллельной логики, если хотите сложить два трехзначных числа, каждое число обозначает три схемы сложения, одно для каждого столбца. В последовательной машине столбцы добавлены по одному, последовательно. Такое устройство уменьшило количество элементов системы, что привело к улучшению отказоустойчивости компьютера и удешевило его.

В Binac использовалось ограничение по диаметру катушек магнитной ленты. Небольшие, двух дюймовые катушки стали предшественниками сложной системы ввода и хранения данных на магнитной ленте.

Частично, Binac достиг скорости вычислений, сравнимых со скоростью последовательных машин, построенных на полупроводниковых диодах вместо вакуумных ламп.

Все последовательные машины представляли собой гигантские сети, коммутируемые проводами. Вакуумные трубки по-прежнему использовались для усиления сигналов, но первое использование кристалических диодов, еще в 1948 году, легло в основу современных полупроводниковых компьютеров с их значительно увеличившейся скоростью обработки информации и значительно уменьшившимися размерами, мощностью и требованиями к охлаждению.

Память, используемая в BINAC, был ртутный бак. Конструкция этого устройства хранения была основана на очень простом принципе: электрический импульс может быть преобразован в звуковой импульс (с помощью пьезоэлектрического кристалла кварца). Звуковой импульс проходит сквозь бак, заполненый ртутью на относительно низкой скорости и может быть снова преобразован в электрический импульс другим кристаллом, усилен и передан обратно в резервуар. «Бит» информации продолжает циркулировать до тех пор, пока его не затребует компьютер. Mercury Delay Memory также использовался в Univac

Часть 2. Eniac и Binac | 2013-08-16 07:10:28 | Super User | Развитие компьютерной техники | https://сайт/media/system/images/new.png | ENIAC Первая в мире электронно-вычислительная машина ENIAC | Eniac, Binac

Машина Эниак (ENIAC, аббревиатура от Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный цифровой интегратор и вычислитель), подобно Марк-1 Говарда Эйкена, также предназначалась для решения задач баллистики. Но в итоге она оказалась способной решать задачи из самых различных областей.

С самого начала войны сотрудники Лаборатории баллистических исследований министерства обороны США, расположенной в районе Абердинского полигона, шт. Мэриленд, трудились над созданием баллистических таблиц, столь необходимых артиллеристам на полях сражений. Значение этих таблиц трудно переоценить. С их помощью артиллеристы могли делать поправки при наводке орудия с учетом расстояния до цели, ее высоты над уровнем моря, а также метеорологических условий - ветра и температуры воздуха. Однако для построения таблиц требовались очень длинные и утомительные вычисления - для расчета лишь одной траектории приходилось выполнять минимум 750 операций умножения, а каждая таблица включала не менее 2000 траекторий. Правда, дифференциальный анализатор позволил несколько ускорить расчеты, но это устройство давало лишь приближенные результаты, для уточнения которых привлекались затем десятки людей, работавших с обычными настольными калькуляторами.

Война разрасталась, военные разработки требовали ускорения, лаборатория не справлялась с работой и в конце концов вынуждена была обратиться за помощью. В расположенном неподалеку Высшем техническом училище Пенсильванского университета был создан вспомогательный вычислительный центр. Училище располагало дифференциальным анализатором, однако двое сотрудников вычислительного центра, Джон У. Мочли и Дж. Преспер Экерт, вознамерились придумать кое-что получше.

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 Экерт. Моложе Мочли на 12 лет Экерт был поистине виртуозом в технике. В возрасте восьми лет он построил миниатюрный приемник. Как вспоминал позднее Мочли, Экерт 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 Экертом 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 Экерту 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, Экерт - 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 Экерт 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 Экерта один из членов группы. - Прес 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 Эниак 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 Экерт 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.

Следующая модель - машина Эдвак (EDVAC, от Electronic Discrete Automatic Variable Computer - электронный дискретный переменный компьютер) - была уже более гибкой. Ее более вместительная внутренняя память содержала не только данные, но и про грамму. Инструкции теперь не «впаивались» в схемы аппаратуры, а записывались электронным способом в специальных устройствах, о которых Экерт узнал, работая над созданием радара: это - заполненные ртутью трубки, называемые линиями задержки. Кристаллы, помещенные в трубку, генерировали импульсы, которые, распространяясь по трубке, сохраняли информацию, как ущелье «хранит» эхо. Существенно и то, что Эдвак кодировал данные уже не в десятичной системе, а в двоичной, что позволило значительно сократить количество электронных ламп.

В конце 1944 г., когда Мочли и Экерт трудились над машиной Эдвак, способной хранить про граммы в памяти, на помощь им был направлен консультант. Джону фон Нейману, который в 41 год уже обрел известность как блестящий математик, суждено было оказать огромное влияние на развитие вычислительной техники в послевоенные годы.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Информация и информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельность человека

Логические операции сложение умножение отрицание.. в логике логическими операциями называют действия вследствие которых.. логические операции с понятиями такие мыслительные действия результатом которых является изменение содержания или..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

Информация и информационные процессы в природе, обществе, технике. Информационная деятельность человека
В современном мире роль информатики, средств обработки, передачи, накопления информации неизмеримо возросла. Средства информатики и вычислительной техники сейчас во многом определяют научно-техниче

Информация в повседневной жизни человека
Информация всегда играла чрезвычайно важную роль в жизни человека. Общеизвестно высказывание о том, что тот, кто владеет информацией, тот владеет и миром. Иное сообщение стоит дороже жизни

Новые информационные технологии
Информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества. К настоящему времени она прошла несколько эволюционных этапов, смена которых

История развития информатики как науки
Информатика – молодая научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности.

Предмет науки информатики
Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования э

Информация, ее характеристики и свойства
Одним из важнейших параметров информации является её адекватность, т.е. степень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа реальному объекту (процессу, явлению). Различаются т

Элементная база современных компьютеров
Современная классификация ЭВМ В настоящее время в мире продолжают работать и производятся миллионы вычислительных машин, относящихся к различным поколениям, типам, классам, отличающихся св

В каждом современном компьютере используется логическая система, основой которой являются два логических значения: 1 - истина, 0 - ложь. Был найден технический способ реа

Архитектура ЭВМ
Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно – математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом по

Магистрально-модульный принцип построения компьютера
В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модуль-ный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и

Информационная магистраль
Информационный хайвей (информационная магистраль, Information superhighway, infobahn) - термин, популярный в 90-е годы. Обозначал революционное развитие информационных сетей, в частности Интернета.

Основные компоненты компьютера
По своему назначению компьютер - это универсальное техническое средство для работы с информацией. По принципам своего устройства компьютер - это модель человека, работающего с информацией

Процессор
Процессор - это «мозг» компьютера. Процессором называется устройство, способное обрабатывать программный код и определяющее основные функции компьютера по обработке информации. Конструктив

Внутренняя память компьютера
Память компьютера (Memory) - устройство для запоминания данных. В зависимости от характера использования различают внутреннюю или внешнюю память. Внутренняя память Оперативная пам

Внешняя память компьютера
Внешняя память компьютера Внешняя память - это память, предназначенная для длительного хранения программ и данных. Целостность содержимого ВЗУ не зависит от того, включен или выключен комп

Устройства ввода-вывода информации
Человек взаимодействует с информационными системами главным образом через устройства ввода-вывода (input-output devices). Прогресс в области информационных технологий достигается не только благодар

Принтеры
Принтер (от англ. print - печать; син. печатающее устройство) - периферийное устройство компьютера, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель из электронного вида малым

Мониторы
Монитор - это устройство вывода графической и текстовой информации в форме, доступной пользователю. Мониторы входят и состав любой компьютерной системы. Они являются визуальным каналом связи со все

Что такое абак
Абак (от греч. abax, abakion, лат. abacus - доска, счетная доска) - приспособление для арифметических вычислений, применявшееся с древних времен и затем в Западной Европе до 18 века. В абаке исполь

Счетная машина Блеза Паскаля
Первым изобретателем, механических счетных машин, стал гениальный француз Блез Паскаль. Сын сборщика налогов, Паскаль задумал построить вычислительное устройство, наблюдая бесконечные утомительные

Арифмометр Лейбница
Арифмометр (от греч. αριθμός - «число», «счёт» и греч. μέτρον - «мера», «измеритель») - настольная (или портативная) механическая вы

Идеи Чарльза Бэббиджа
Ра́зностная маши́на Чарльза Бэббиджа - механический аппарат, изобретённый английским математиком Чарльзом Бэббиджем, предназначенный для автоматизации вычислений путём аппроксимации функц

Вклад в программирование Ады Лавлейс
Графиня Лавлейс, дочь Байрона, известна прежде всего созданием описания вычислительной машины, проект которой был разработан Чарльзом Бэббиджем. В комментариях Лавлейс были приведены три первые в м

Рождение персонального компьютера
В 1975 году фотография комплекта Altair компании MITS была помещена на обложку январского номера журнала Popular Electronic. Этот комплект, который можно считать первым ПК, состоял из процессора 80

Элементарная логика
В отличие от естественных наук, компьютерные науки получили большой стимул от широкого и непрерывного взаимодействия с логикой. Особую роль в компьютерных науках играют доказательные методы разрабо

Аппаратная реализация логических схем
Современный персональный компьютер может быть реализован в настольном (desktop), портативном (notebook) или карманном (handheld) варианте. Все основные компоненты настольного компьютера на

Назначение процессора ЭВМ
Процессором называется устройство, непосредственно осуществляющее процесс обработки данных и программное управление этим процессом. Процессор дешифрирует и выполняет команды программы, организует о

Информационная магистраль - общая шина
Процессор, оперативная память, контролеры внешних устройств (ВУ) внутри компьютера соединяются все вместе. Они находятся на одной общей информационной шине ПК, по которой информация может передават

Основные характеристики процессора
Процессор. Основные характеристики процессора Микросхема, реализующая функции центрального процессора персонального компьютера, называется микропроцессором. Обязательными компонентами микр

Адресное пространство процессора
Адресное пространство микропроцессора – общее количество адресов, выделяемых для обозначения внутренних регистров и устройств хранения данных, а также регистров внешних устройств, к которым относят

Разрядность процессора
Важным свойством микропроцессора является разрядность его шины данных и адреса. Выясним, почему это так. Важнейшим параметром, определяющим скорость работы любого процессора, является такт

Тактовая частота процессора
Тактовая частота процессора это количество синхронизирующих импульсов в секунду, эта характеристика определяет, сколько операций за единицу времени могут совершить блоки GPU. Чем частота выше, тем

Дискретность памяти
Преобразование информации из одной формы представления в другую называется кодированием. В компьютере для представления информации используется двоичное кодирование, так как удалось создат

Кеш память
Кэш или кеш (англ. cache, от фр. cacher - «прятать»; произносится - «кэш») - промежуточный буфер с быстрым доступом, содержащий информацию, которая может быть запрошена с наибольше

Ячейки памяти
Яче́йка па́мяти - минимальный адресуемый элемент запоминающего устройства ЭВМ. Ячейки памяти могут иметь разную ёмкость (число разрядов, длину). Современные запоминающие устройст

Типы магнитных накопителей информации
Магнитные диски используются как запоминающие устройства,позволяющие хранить информацию долговременно, при отключенном питании. Для работы с Магнитными Дисками используется устройство, называемое н

Жесткий магнитный диск
Жесткие магнитные диски представляют собой несколько металлических либо керамических дисков, покрытых магнитным слоем. Диски вместе с блоком магнитных головок установлены внутри герметичного корпус

Гибкие магнитные диски
Одним из наиболее распространенных носителей информации являются гибкие магнитные диски (дискеты), или флоппи-диски. Диски называются гибкими потому, что их рабочая поверхность изготовлена из эласт

Файлы и каталоги
Файл (англ. file) - блок информации на внешнем запоминающем устройстве компьютера, имеющий определённое логическое представление (начиная от простой последовательности битов или байтов и заканчивая

Операционная система компьютера
Операционная система обеспечивает совместное функционирование всех устройств компьютера и предоставляет пользователю доступ к его ресурсам. Процесс работы компьютера в определенном смысле

Основные функции операционных систем
В pаботе операционная система определяется так:``Я не знаю, что это такое, но всегда узнаю ее, если увижу"".Эта фраза была сказана в первой половине 70-х, когда операционные системыдействительн

Понятие алгоритма, свойства и виды алгоритмов
Алгоритмом называется точное и понятное предписаниe исполнителю совершить последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи. Слово «алгоритм» происходит от имени математика А

Функция языка Basic
При описании синтаксиса функций используются следующие обозначения их аргументов: X и Y - произвольные числовые выражения. I и J - целые выражения. X$ и Y$ - строковые вы

База данных Access
СУБД Access- широко распространенное офисное приложение Microsoft Office. Microsoft Access служит удобным инструментом для ввода, анализа и представления данных и обеспечивает высокую скорость разр

70 лет назад сотрудники Пенсильванского университета Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли по заказу Лаборатории баллистических исследований армии США создали первый электронный универсальный компьютер для расчета таблиц артиллерийской стрельбы.
Еще в 1941 году в США гарвардским математиком Говардом Эйкеном по контракту с компанией IBM на основе идей английского математика Чарльза Бэббиджа был построен компьютер «Марк I», состоящий из электромеханических реле и переключателей. Созданная Бэббиджем в 1822 году вычислительная машина состояла из шестеренок и рычагов и использовалась для вычисления логарифмических и тригонометрических таблиц.

Машина Бэббиджа

«Марк I» был запущен 7 августа 1941 года в Гарвардском университете.
Справка:
«Марк I» (Automatic Sequence Controlled Calculator - автоматический вычислитель) первый американский программируемый компьютер. Машина была заключена в корпус из стекла и нержавеющей стали. Компьютер содержал около 765 тысяч деталей (электромеханических реле, переключателей и т. п.) достигал в длину почти 17 м (машина занимала в Гарвардском университете площадь в несколько десятков квадратных метров), в высоту - более 2,5 м и весил около 4,5 тонн. Общая протяжённость соединительных проводов составляла почти 800 км. Основные вычислительные модули синхронизировались механически при помощи 15-метрового вала, приводимого в движение электрическим двигателем, мощностью в 5 л. с. (4 кВт).
Компьютер оперировал 72 числами, состоящими из 23 десятичных разрядов, делая по 3 операции сложения или вычитания в секунду. Умножение выполнялось в течение 6 секунд, деление - 15,3 секунды, на операции вычисления логарифмов и выполнение тригонометрических функций требовалось больше минуты.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Марк_I_(компьютер)

«Марк I»

«Марк I» являлся всего лишь усовершенствованным арифмометром и заменял труд 20 операторов с обычными ручными арифмометрами, однако из-за наличия возможности его программирования «Марк I» иногда называют первым реально работавшим компьютером. Но уж если быть точным, то на самом деле немецкий изобретатель Конрад Цузе создал вычислительную машину Z3 еще в 1939 году.
Машина Цузе состояла из телефонных реле. Через год Цузе предложил усовершенствовать ее, заменив реле электронными лампами. Если бы его идея осуществилась, то он опередил бы американцев с их ЭНИАКом. Но из-за запрета на долговременные научные исследование предложение Цузе было отклонено. Сегодня отреставрированную Z3 могут видеть посетители Мюнхенского музея.

Машина Z3 в мюнхенском музее

Джон Мокли еще до начала второй мировой войны сконструировал несколько простых вычислительных машин на электронных лампах. В августе 1942 года он написал небольшую работу «The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation», в которой он обосновал возможность построить мощную электронную вычислительную машину, основу которой составляли бы вакуумные лампы. Но тогда его предложение никого не заинтересовало.
Лишь в начале 1943 года капитан армии США Герман Голдстайн из случайного разговора узнал об идее электронного вычислителя, оценил ее военное значение и встретился с Мокли. Объединив усилия, им удалось добиться заключения контракта с военными. К Мокли присоединился способный студент Эккерт, и работа закипела.
К февралю 1944 года они сделали технический проект и приступили к его воплощению «в железо». Под их руководством к этому времени уже работало 50 человек. Мокли был главным генератором идей, а осторожный и вдумчивый Эккерт - главным конструктором.
ЭНИАК еще не был создан, а американские ученые уже разрабатывали более совершенные машины. В январе 1944 года Эккерт сделал эскизный проект компьютера, в котором программы хранились в памяти ЭВМ, а не формировалась с помощью коммутации и перестановки блоков, как в ЭНИАКе. Летом 1944 года армейский куратор проекта Герман Голдстайн познакомился со знаменитым математиком Джоном фон Нейманом и привлёк его к работе над ЭВМ. Фон Нейман внёс серьезный теоретический вклад в проект. В итоге был создан теоретический фундамент для проекта Эккарта - следующей модели вычислительной машины под названием EDVAC(ЭДВАК) с хранимой в памяти программой.

Конструкция машины была крайне сложной. Вначале предполагалось, что она будет содержать около 17,5 тысяч ламп, так как ЭНИАК должен был работать с десятичной системой счисления, потому что Мокли считал, что его компьютер должен был понятен любому человеку. Электронные лампы часто перегревались и выходили из строя, что останавливало работу всей машины. В ЭНИАКе существовало около двух миллиардов различных вариантов отказа. В итоге за неделю перегорало примерно 2-3 лампы, среднее время работы лампы составляло 2500 часов. Мокли и Эккерту удалось добиться 20-часовой непрерывной работы ЭНИАКа без поломок. За каждые 20 часов работы вычислительная машина выполняла месячный объём работы операторов с механическими арифмометрами.
Когда ЭНИАК прошел все испытания, война уже закончилась и его переориентировали для расчетов параметров термоядерной бомбы.

Эккерт и Мокли у ЭНИАКа

По быстродействию ЭНИАК опережал «Марк-I» в тысячу раз. На нем стали выполнять расчеты по всем проблемам, связанным с термоядерным оружием, в частности по прогнозам погоды в Советском Союзе для предсказания направления выпадения ядерных осадков в случае ядерной войны, а также составлялись таблицы стрельбы ядерными боеприпасами.
В 1950 году на ЭНИАКе под руководством фон Неймана был впервые сделан численный прогноз погоды, на что ушло целых пять недель.
ЭНИАК проработал 10 лет и был выведен из строя лишь в 1955 году.
Как известно, первым термоядерную (водородную) бомбу создал СССР, у которого тогда не было таких вычислительных машин, как американский ЭНИАК. Параметры отечественной супербомбы рассчитывались следующим образом: стояло три длинных ряда столов, за каждым из них сидел оператор и на арифмометре «Феликс» выполнял только одно действие. Результат записывался в карточку и передавался следующему оператору в ряду.
Все три ряда выполняли одинаковые вычисления, результаты которых сравнивались. В случае расхождения определялся оператор, который сделал ошибку, и с этого места вычисления повторялись еще раз.
Точно так же рассчитывались орбиты первых советских спутников.
Первая советская ЭВМ была разработана лабораторией С. А. Лебедева на базе киевского Института электротехники АН УССР и запущена 6 ноября 1950 года.
Хотелось бы обратить внимание на некоторые характерные для американского инновационного процесса особенности разработки ЭНИАКа.
Во-первых, куратором разработки был назначен капитан Герман Голдстайн, «первооткрыватель» Мокли и его идеи электронного вычислителя. Никому не пришло в голову назначить на его место какого-нибудь четырехзвездного генерала, не было никаких откатов и кумовства. Во-вторых, сам Мокли признавал превосходство студента Эккарта как конструктора и никогда не подсиживал своего напарника.
Сегодня традиции добросовестной конкуренции во многом утеряны на высших уровнях американского ВПК. Оттого и рождаются такие непригодные к реальным боевым действиям «демонстраторы технологий», как эсминцы «Замволт» или злосчастный стелс-истребитель F-111, а бюджеты на их создание вырастают до космических размеров.
Возможно, поэтому самые мощные современные компьютеры находятся сегодня в Китае. Что касается всем известного отставания отечественной компьтерной инженерии, то она, на мой взгляд, стала следствием не научно-технического застоя (талантливых конструкторов в СССР хватало во все времена), а исчезновением стратегического целеполагания. И эта проблема не преодолена, как мне кажется, и до сих пор.
Автор: Владимир Прохватилов, Президент Фонда реальной политики (Realpolitik), эксперт Академии военных наук

Как благодаря артиллерии появился один из самых мощных компьютеров, на какой обман из-за этого пришлось пойти и почему с созданием вычислительной машины опоздали, рассказываем в очередном выпуске рубрики «История науки».

Как и очень многое в нашей жизни, электронные вычислительные машины появились благодаря военным. Заказ на создание машины, о которой пойдет речь в нашей статье, поступил от артиллеристов. Действительно, расчет траектории полета снаряда - дело очень непростое, для точного вычисления места, куда попадет снаряд гаубицы или обычного орудия, нужно учитывать очень много параметров: возвышение ствола орудия, калибр и аэродинамические показатели снаряда, скорость ветра, давление, температуру и влажность воздуха, тип заряда, который заложен в орудие.

В те времена в армии США такими расчетами занималась Лаборатория баллистических исследований, которая издавала таблицы стрельб для каждого снаряда. Для этого девушкам-вычислителям Лаборатории требовалось совершить на механических арифмометрах около 1000 действий для каждой траектории. Всего траекторий в таблицах было около трех тысяч. Поэтому в 1943 году Электротехническая школа (институт) Мура Пенсильванского университета получила заказ на создание вычислителя, который делал бы всю эту работу.

Создатели ENIAC (слева направо): Джон Эккерт, Джон Брейнерд, Сэм Фелтман, Герман Голдстайн, Джон Мокли, Дин Пендер, генерал Гладеон Барнс, полковник Пол Гиллон

Wikimedia Commons

Институт Мура уже располагал к тому времени механическим вычислителем («дифференциальным анализатором»), который умел делать часть расчетов, и Джоном Мокли, который еще в 1942 году представил руководству докладную записку The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation, в которой предложил создать машину на электронных лампах, что намного ускорило бы работу. Правда, руководство поступило с новаторским предложением по-своему: сдало его в архив «без движения», а потом просто потеряло. Кроме того, в Институте имелся студент Джон Эккерт с фантастическим талантом инженера. Эккерт с Мокли и стали разработчиками архитектуры нового вычислителя.

Чтобы не спугнуть боящихся всего нового военных, новый проект для начала назвали electronic diff. analyzer. Не слишком сведущее военное руководство решило, что это всего лишь улучшенный электронными лампами уже имеющийся дифференциальный анализатор, и «купилось» на уловку, выделив 61 700 долларов на первые полгода по контракту W-670-ORD-4926. Тем более что авторы проекта клялись, что одну траекторию машина будет считать всего пять минут.

После одобрения проект переименовали: он стал называться «электронный числовой интегратор». Потом добавилось «и вычислитель». Так появился ENIAC - Electronic Numerical Integrator And Computer.

Уже к февралю 1944 года теоретическая работа была завершена: продумана архитектура и прописаны электрические схемы. Началась работа по сборке 27-тонной машины, которая длилась полтора года. Увы, к несчастью для военных, Вторая мировая тогда уже завершилась, даже ядерное оружие было испытано. Однако это был первый настоящий компьютер, которому нашлось применение в расчетах термоядерной бомбы и таблиц стрельб ядерными боеприпасами. История сохранила нам имена шести девушек: Франсис Билас, Рут Лихтерман, Кэтлин Макналти, Франсис Снайдер, Бетти Дженнингс, Мерилин Мельцер. Так звали первых программистов первого компьютера.

) по заказу Лаборатории баллистических исследований (англ. ) Армии США для расчётов таблиц стрельбы . В отличие от созданного в 1941 году немецким инженером Конрадом Цузе комплекса , использовавшего механические реле , в ЭНИАКе в качестве основы элементной базы применялись вакуумные лампы .

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 .

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.

Первыми программистами ЭНИАКа стали шесть девушек :

• Кэтлин Рита Макналти
• Бетти Джин Дженнингс ?!
• Франсис Элизабет Снайдер ?!
• Франсис Билас

Использование

В качестве испытания ЭНИАКу первой была поставлена задача по математическому моделированию термоядерного взрыва супербомбы 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 и Стенли 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 , 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.

В 1949 году фон Нейман использовал ЭНИАК для расчёта чисел 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 числом e всё обстояло значительно хуже» .

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 уравнения вихря скорости для баротропного газа. Это упрощение понизило вычислительную сложность задачи и позволило произвести расчёты с использованием доступных в то время вычислительных мощностей . 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» , 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 .

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 .

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

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 . 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 вольта вместо номинальных 6,3 вольта , 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 , а среднее время работы лампы составляло 2500 часов . 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.

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 , 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 .

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, и компьютер Whirlwind (англ. ) , использовавшийся ВВС США в первой в мире компьютерной системе ПВО SAGE.

Память о компьютере

См. также

• EDSAC - британский компьютер, первый реализовавший «архитектуру фон Неймана » (1948)
• EDVAC - следующий компьютер Института Мура, созданный для Армии США на принципах «архитектуры фон Неймана » (1949)

Литература

• Herman H. Goldstine. The Computer from Pascal to von Neumann . - Princeton University Press, 1980. - 365 p. - ISBN 9780691023670 . (англ.)

• Nancy B. Stern. From Eniac to UNIVAC: An Appraisal of the Eckert-Mauchy Computers . - Digital Press, 1981. - 286 p. - ISBN 0932376142 . (англ.)

• William Aspray. John von Neumann and the Origins of Modern Computing . - MIT Press, 1990. - 394 p. - ISBN 0262011212 . (англ.)

• Scott McCartney.