Комп'ютер "марк 1" - перший американський програмований комп'ютер: розміри, можливості, рік введення в експлуатацію

У 1936 році американський фізик Говард Ейкен, майбутній творець комп`ютера "Марк 1", почав будувати плани щодо автоматичного обчислювального пристрою. Зміна відбулася, коли він займався дослідженнями для своєї дисертації. Предметом дипломної роботи був космічний заряд. Незабаром його дисертаційна робота складалася в основному з вирішення нелінійних (диференціальних) рівнянь. Єдиними методами, доступні тоді для чисельного вирішення проблем, були розробки по створенню електромагнітних настільних калькуляторів. У статті мова піде про те, в якому році з`явився перший комп`ютер, і кому потрібно дякувати за основу нинішньої техніки.

Історія створення приладу

Оскільки Ейкен повністю усвідомлював, що для створення такого комп`ютера буде потрібно багато грошей, він вирішив звернутися до одного з найбільших виробників механічних і електромеханічних калькуляторів в США-компанії Monroe Calculating Machine Company. 22 квітня 1937 року він представив головному інженеру Чейзу свої плани щодо автоматичних обчислень у таких областях:

• "чотири правила арифметики";
• попередньо встановлений контроль послідовності;
• зберігання і пам`ять встановлених або обчислених значень;
• управління послідовністю, яке може автоматично реагувати на обчислені результати або Символи, разом із друкованим записом усього, що відбувається в машині;
• запис усіх обчислених результатів.

Ейкен був підбадьорений енергійною підтримкою Чейза. Той відправився до свого керівництва в "Монро" і зробив усе, що в його силах, щоб переконати їх у правильності свого вибору та ідеях Ейкена. Чейз запевняв, що проект "вистріливши", хоч і зажадає чималих витрат на реалізацію ідеї. У нього була якась прозорливість і далекоглядність, щоб визнати, що пропонована машина буде мати неоціненне значення в бізнесі компанії в наступні роки. Незважаючи на вмовляння, у створенні машини було відмовлено.

Підтримка проекту і провал ідеї

Рішення "Монро" не підтримувати проект Айкена, безумовно, було ударом, але вчений, мабуть, був підбадьорений ентузіазмом Чейза щодо нової ідеї. Крім того, саме Чейз запропонував Айкену звернутися за допомогою до професора Теодора Брауна з Гарварду, близького соратника Томаса Дж. Уотсона, президента фірми IBM.

Таким чином, Айкен встановив успішний контакт з IBM. Браун порекомендував Айкена старшому інженеру IBM, Брайсу, який схвалив його проект і порекомендував, як зробити комп`ютер і побудувати машину його мрії. Думка Брайса була вирішальною для рішення IBM, і вчений отримав підтримку президента Ватсона для створення проекту Гарварду.

Розробка обчислювальної техніки

Ейкен підготував офіційну пропозицію під назвою " запропонована автоматична обчислювальна машина». Воно займало 22 друкованих сторінки з подвійним інтервалом. Починався документ з короткої історії допоміжних засобів для обчислень, обговорення механізмів Беббіджа, згадок про різницевих механізмах Шойца, Віберга і Гранта. Коротко було описано винахід табулювання перфокарт, рахункові, сортувальні та арифметичні машини.

Відомо, що Генрі Беббідж, син Чарльза Беббіджа, зібрав близько шести невеликих демонстраційних варіантів для двигунів машини - то, як вона буде виконувати послідовні операції і роботи. Один з них він відправив у Гарвард. Ейкен також зазначає, що машини, вироблені IBM, дозволяли щодня робити в бухгалтеріях промислове підприємство по всьому світу те, чого Беббідж хотів досягти дуже давно.

Потім Ейкен звертається до необхідності більш потужних методів розрахунку в математичних та фізичних науках. Він окреслив сфери використання свого комп`ютера-теоретичну фізику, радіозв`язок і телебачення, астрономію, теорію відносності і навіть швидко зростаючу науку математичної економіки та соціології.

Чого потребує наука?

Ейкен визначив чотири Конструктивні особливості, які відрізняли звичайні механізми обліку перфокарт і обчислювальних механізмів, як це потрібно в науці:

1. Машина, призначена для математики, повинна бути здатною обробляти як позитивні, так і негативні величини, в той час як облікова техніка майже повністю призначена для задач з позитивними числами.
2. Обчислювальна техніка для математичних цілей повинна забезпечувати і використовувати багато видів трансцендентних функцій (наприклад, тригонометричні), еліптичні, функції Бесселя і функції ймовірності.
3. Для математики обчислювальна машина повинна бути повністю автоматичною в роботі. При обчисленні значення функції в її розкладанні в ряд, оцінці формули або чисельному інтегруванні (при вирішенні диференціального рівняння) процес, як тільки він буде створений, повинен тривати нескінченно, поки не буде охоплений діапазон незалежних змінних.
4. Обчислювальні машини, призначені для математики, повинні бути здатні обчислювати рядки замість стовпців, оскільки часто при чисельному рішенні диференціального рівняння обчислення значення виявляється залежним від попередніх значень. Це, насправді, вважається зворотним способом, за допомогою якого існуюче обчислювальне обладнання здатне оцінювати функцію поетапно.

Першими двома завданнями, поставленими для нової машини, було обчислення деяких інтегралів і таблиць.

Розвиток і впровадження приладів для військових цілей

У 1944 році машина була передана Військово - Морському флоту на час війни. Після цього стала числитися офіційним приладом в підрозділі "Бюро кораблів" під командуванням Ейкена. До серпня комп`ютер "Марк 1" працював з великим військово-морським штатом, включаючи ряд офіцерів, серед яких були Грейс Хоппер і Річард Блох. Вони стали головними програмістами.

Була кумедна історія про те, що саме Грейс Хоппер, що займається програмуванням на комп`ютері Mark I, знайшла першу комп`ютерну "помилку": мертву моль, яка потрапила в Mark I, чиї крила блокували читання отворів в паперовій стрічці. Слово "помилка" використовується для опису дефекту принаймні з 1889 року, але Хоппер приписується слово "налагодження" для опису роботи з усунення помилок програми.

У 1944 і 1945 роках комп`ютер "Марк 1" працював майже безперервно, 24 години на добу, сім днів на тиждень. Проблеми воєнного часу, які машина мала вирішити, включали дослідження магнітних полів, пов`язаних із захистом кораблів від магнітних мін, а також Математичні аспекти проектування та використання радарів. Без сумніву, найважливішою проблемою воєнного часу був набір обчислень для імплозій, привезених з Лос-Аламоса Джоном фон Нейманом.

Тільки через рік співробітники дізналися, що ці розрахунки були зроблені у зв`язку з розробкою атомної бомби. Видатний успіх і відставання в роботі на комп`ютері призвели до того, що військово-морський флот попросив Ейкена на початку 1945 року спроектувати і побудувати другу таку машину. Ейкен так і зробив. Комп`ютер став відомий як Марк II.

Характеристики першого приладу

Комп`ютер Mark 1 був гігантських значних розмірів-цілих 2,5 метра у висоту. Довжина - 16 м, і майже 1 м в глибину. Такі розміри перших комп`ютерів нікого не дивували, навпаки, завдяки можливостям, вони вселяли свою міць іншим:

• Він важив п`ять тонн.
• Містив 760 000 деталей.
• Використано 530 миль проводів.
• 3 000 000 дротових з`єднань.
• 3500 багаторазових реле з 35000 контактів.
• 2225 лічильників.
• 1484 десятиполюсних перемикачів.

Спираючись на технологію, розроблену IBM в 1944 році, для статистичних та бухгалтерських бізнес-машин використовувалися традиційні компоненти IBM, такі як електромагнітні реле, лічильники, кулачкові контакти, перфоратори та електричні друкарські машинки. Також були присутні елементи нового дизайну, включаючи реле та лічильники, які раніше не використовувались у машині IBM.

Вони були меншими і швидшими. Вхідні дані складалися з перфострічки, а вихідні являли собою серію перфокарт або роздруківку зі стандартної електричної машинки IBM.

Робота комп`ютера була приведена в дію довгим, горизонтальним, безперервно обертається валом, який видавав гул, який описували як шум гігантської швейна машина. Вал здійснював близько 3 оборотів в секунду. Пристрій для зберігання і обчислення видавали слова довжиною в 23 десяткових знака, а двадцять четверте місце було зарезервовано для алгебраїчного знака. Розрахунки проводилися в десяткових числах з фіксованою десятковою крапкою.

Що вміла машина минулого століття?

Машина складається з 7 основних модулів, розташованих зліва направо:

1. Два розділи з 60 регістрами для введення числових даних (константи, які з`являються в будь-якому алгебраїчному або диференціальному рівнянні), кожен з яких містив 24 перемикачі, що відповідають 23 цифрам і 1 для знака (плюс / мінус). Розташування кожного з цих 60 регістрів було присвоєно номер, щоб люди могли використовувати це місце відповідно до Інструкції з ідентифікації номера, що викликається в ході обчислення. Для будь-якої проблеми вони повинні бути встановлені вручну.
2. Сім розділів, що містять 72 Додаткові регістри (так звані акумулятори, оскільки вони можуть не тільки зберігати числа, але й додавати та віднімати; фактично віднімання здійснюється шляхом додавання).
3. Кожен регістр складався з 24 електромагнітних контрколес, знову-таки, що забезпечують ємність для 23-значних чисел, причому одне місце зарезервовано для знака. Цей другий набір панелей включає в себе як сховище, так і блок обробки даних. Задля додавання і віднімання потрібно 1 цикл роботи машини (близько 330 мс).
4. 70 акумуляторів загального призначення, 2-спеціального призначення. Дуже цікавим є останній акумулятор, за допомогою якого можна зробити щось на зразок подачі умовного операторського сигналу (після порівняння двох чисел).

Однак більш потужний сигнал був доданий до програмованого комп`ютера після 1945 року, коли був вбудований другий Стрічковий зчитувач для команд.

У самих правих частинах знаходяться електричні друкарські машинки, зчитувач магнітних стрічок для команд і перфоратор. На друкарських машинках надруковано остаточне вирішення проблеми. Перфоратор карт автоматично пробиває карти з даними. Стрічка мала 24 стовпці (тобто 24 отвори в ряду). Один ряд даних вимагав 4 рядків (23 цифрових позицій і 1 для знака для кожного числа, кожна позиція вимагала 4 лунок, 24 x 4 = 96).

Основні функції приладу

Перше покоління комп`ютерів оснащувалося чотирма рідерами. Один використовувався для подачі інструкцій в машину, а три інших містили таблиці функцій і могли надавати значення в міру необхідності. Також була передбачена інтерполяція значень, зазначених на стрічках. Таким чином були вбудовані " підпрограми» (як їх називав Айкен), що передбачали перетворення числа за допомогою якоїсь вбудованої функції (наприклад, синус, експонента, логарифм або піднесення до степеня).

Характеристика "Марка 1" припускали, що машина прослужить близько 10 років. Однак вона продовжувала функціонувати в Гарварді протягом 14 років після війни, виробляючи корисну роботу. І тільки до 1959 року прилад остаточно "вийшов на пенсію". За цей час він також служив предметом практичних занять для кількох студентів у Гарварді, де Айкен створив новаторську програму, яку згодом назвали інформатикою-з курсами для студентів та аспірантів, які йдуть до ступеня магістра або доктора філософії. Багато важливих фігур в комп`ютерному світі були представлені на цій темі про Гарварду і "Марка I".

Прогрес випередив технології-поява нових "розумний" машина

Озираючись назад, можна сказати, в якому році з`явився перший комп`ютер насправді. Проте найбільше значення "Марка I" полягало в тому, що він був першою повністю автоматичною обчислювальною машиною, яка не вимагала будь-якого втручання людини в робочий процес, він виконувати автоматичну послідовність обчислень відповідно до програми і робити це без помилок.

Говард Ейкен продовжив роботу над створенням нових обчислювальних машин. За комп`ютером " Марк 1» далі пішов "Марк II", потім у 1949 році "Марк III / ADEC", а в 1952 році - " Марк IV». Компанія IBM приступила до створення нового комп`ютера SSEC вже без участі Говарда Ейкена.

Удосконалення техніки та інновації в роботі

Оскільки при створенні першого комп`ютера використовувалися механічні та релейні технології, робота була дуже повільною. Новий "Марк" видавав результати швидше, ніж звичайні обчислювальні методики, але не так швидко, як машини, які незабаром були представлені світу пізніше. До них ставилися і такі, як ENIAC. Додавання або віднімання вимагає одного машинного циклу, який займає близько 0,3 секунди. Множення зайняло 20 циклів або 6 секунд, а ділення може зайняти до 51 циклу або більше 15 секунд. Через це в пізніших моделях ділення було замінено множенням взаємних величин.

Хоча Mark I був повільним, він не тільки був запрограмований під конкретну операцію, але і універсальним. У той час, як ENIAC був обмежений у своєму первісному дизайні місією обчислення балістичних таблиць, "Марк I" зміг пристосуватися до більшої кількості вбудованих програм.