Первый электронный цифровой компьютер общего назначения. Технику в массы. Компьютер Информацию О
Z-серия Конрада ЦузеРепродукция компьютера Zuse Z1 в Музее техники, Берлин
В 1936 году молодой немецкий инженер-энтузиаст Конрад Цузе начал работу над своим первым вычислителем серии Z, имеющим память и (пока ограниченную) возможность программирования. Созданная, в основном, на механической основе, но уже на базе двоичной логики, модель Z1, завершённая в 1938 году, так и не заработала достаточно надёжно, из-за недостаточной точности выполнения составных частей. Ввод команд и данных осуществлялся при помощи клавиатуры, а вывод, - с помощью маленькой панели на лампочках. Память вычислителя организовывалась при помощи конденсатора.
В 1939 году, Цузе создал второй вычислитель - Z2, но её планы и фотографии были уничтожены при бомбардировке во время Второй мировой войны, поэтому о ней почти ничего не известно. Z2 работала на электромагнитных переключателях, созданных в 1831 году ученым Джозефом Генри.
Следующая машина Цузе - Z3, была завершена в 1941 году. Она была построена на телефонных реле и работала вполне удовлетворительно. Тем самым, Z3 стала первым работающим компьютером, управляемым программой. Во многих отношениях Z3 была подобна современным машинам, в ней впервые был представлен ряд новшеств, таких как арифметика с плавающей запятой. Замена сложной в реализации десятичной системы на двоичную, сделала машины Цузе более простыми, а значит, более надёжными; считается, что это одна из причин того, что Цузе преуспел там, где Бэббидж потерпел неудачу.
Программы для Z3 хранились на перфорированной плёнке. Условные переходы отсутствовали, но в 1990-х было теоретически доказано, что Z3 является универсальным компьютером (если игнорировать ограничения на размер физической памяти). В двух патентах 1936 года, Конрад Цузе упоминал, что машинные команды могут храниться в той же памяти что и данные - предугадав тем самым то, что позже стало известно как архитектура фон Неймана и было впервые реализовано только в 1949 году в британском EDSAC.
Чуть ранее для частично законченного компьютера Z4 Цузе разработал первый в мире высокоуровневый язык программирования, названный им Планкалкюль (нем. Plankalkül исчисление планов ).
Война прервала работу над машиной. В сентябре 1950 года Z4 был, наконец, закончен и поставлен в ETH Zürich. В то время он был единственным работающим компьютером в континентальной Европе и первым компьютером в мире, который был продан. В этом Z4 на пять месяцев опередил Марк I и на десять - UNIVAC. Компьютер эксплуатировался в ETH Zürich до 1955 года, после чего был передан во Французский аэродинамический научно-исследовательский институт недалеко от Базеля, где работал до 1960 года.
Цузе и его компанией были построены и другие компьютеры, название каждого из которых начиналось с заглавной буквы Z. Наиболее известны машины Z11, продававшийся предприятиям оптической промышленности и университетам, и Z22 - первый компьютер с памятью на магнитных носителях.
Британский Colossus
Британский Colossus был использован для взлома немецких шифров в ходе Второй мировой войны
Во время Второй мировой войны, Великобритания достигла определённых успехов во взломе зашифрованных немецких переговоров. Код немецкой шифровальной машины «Энигма» был подвергнут анализу с помощью электромеханических машин, которые носили название «бомбы». Такая «бомба», разработанная Аланом Тьюрингом и Гордоном Уэлшманом (англ. Gordon Welchman ) . Большинство вариантов приводило к противоречию, несколько оставшихся уже можно было протестировать вручную. Это были электро-механические дешифраторы, работающие методом простого перебора.
Немцы также разработали серию телеграфных шифровальных систем, несколько отличавшихся от «Энигмы». Машина Lorenz SZ 40/42 использовалась для армейской связи высокого уровня. Первые перехваты передач с таких машин были зафиксированы в 1941 году. Для взлома этого кода, в обстановке секретности, была создана машина «Колосс» (Colossus ). Спецификацию разработали профессор Макс Ньюман (Max Newman ) и его коллеги; сборка Colossus Mk I выполнялась в исследовательской лаборатории Почтового департамента Лондона и заняла 11 месяцев, работу выполнили Томми Флауэрс (Tommy Flowers ) и др.
«Колосс» стал первым полностью электронным вычислительным устройством, хотя на нём и нельзя было реализовать любую вычислимую функцию. В «Колоссе» использовалось большое количество электровакуумных ламп, ввод информации выполнялся с перфоленты. Машину можно было настроить на выполнение различных операций булевой логики, но она не являлась тьюринг-полной. Помимо Colossus Mk I, было собрано ещё девять моделей Mk II. Информация о существовании этой машины держалась в секрете до 1970-х гг. Уинстон Черчилль лично подписал приказ о разрушении машины на части, не превышающие размером человеческой руки. Из-за своей секретности, Colossus не был упомянут во многих трудах по истории компьютеров.
Американские разработки
В 1937 году Клод Шеннон показал, что существует взаимнооднозначное соответствие между концепциями булевой логики и некоторыми электронными схемами, которые получили название «логические вентили», которые в настоящее время повсеместно используются в цифровых компьютерах. Работая в МТИ, в своей основной работе он продемонстрировал, что электронные связи и переключатели могут представлять выражение булевой алгебры. Так своей работой A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits он создал основу для практического проектирования цифровых схем.
В ноябре 1937 года Джорж Стибиц завершил в Bell Labs создание компьютера «Model K» на основе релейных переключателей. В конце 1938 года Bell Labs санкционировала исследования по новой программе, возглавляемые Стибицем. В результате этого, 8 января 1940 года был завершён Complex Number Calculator, умеющий выполнять вычисления над комплексными числами. 11 сентября 1940 года в Дартмутском колледже, на демонстрации в ходе конференции Американского математического общества, Стибиц отправлял компьютеру команды удалённо, по телефонной линии с телетайпом. Это был первый случай когда вычислительное устройство использовалось удалённо. Среди участников конференции и свидетелей демонстрации были Джон фон Нейман, Джон Моучли и Норберт Винер, написавший об увиденном в своих мемуарах.
Компьютер Атанасова-Берри
В 1939 году Джон Винсент Атанасов (John Vincent Atanasoff ) и Клиффорд Берри (Clifford E. Berry ) из Университета штата Айова разработали Atanasoff-Berry Computer (ABC). Это был первый в мире электронный цифровой компьютер. Конструкция насчитывала более 300 электровакуумных ламп, в качестве памяти использовался вращающийся барабан. Несмотря на то, что машина ABC не была программируемой, она была первой, использующей электронные лампы в сумматоре. Соизобретатель ENIAC Джон Мокли (John Mauchly ) изучал ABC в июне 1941 года, и между историками существуют споры о степени его влияния на разработку машин, последовавших за ENIAC. ABC был почти забыт, до тех пор пока в центре внимания не оказался иск «Хоневелл против Sperry Rand», постановление по которому аннулировало патент на ENIAC (и некоторые другие патенты), из-за того что, помимо других причин, работа Атанасова была выполнена раньше.
В 1939 году в Endicott laboratories в IBM началась работа над Harvard Mark I. Официально известный как Automatic Sequence Controlled Calculator, Mark I был электромеханическим компьютером общего назначения, созданного с финансированием IBM и при помощи со стороны персонала IBM, под руководством гарвардского математика Howard Aiken. Проект компьютера был создан под влиянием Аналитической машины Ч. Бэббиджа, с использованием десятичной арифметики, колёс для хранения данных и поворотных переключатей в дополнение к электромагнитным реле. Машина программировалась с помощью перфоленты, и имела несколько вычислительных блоков, работающих параллельно. Более поздние версии имели несколько считывателей с перфоленты, и машина могла переключаться между считывателями в зависимости от состояния. Тем не менее, машина была не совсем Тьюринг-полной. Mark I был перенесён в Гарвардский университет и начал работу в мае 1944 года.
«ЭНИАК»
ЭНИАК выполнял баллистические расчёты и потреблял мощность в 160 кВт
Американский ENIAC, который часто называют первым электронным компьютером общего назначения, публично доказал применимость электроники для масштабных вычислений. Это стало ключевым моментом в разработке вычислительных машин, прежде всего из-за огромного прироста в скорости вычислений, но также и по причине появившихся возможностей для миниатюризации. Созданная под руководством Джона Мочли и Дж. Преспера Эккерта (J. Presper Eckert ), эта машина была в 1000 раз быстрее, чем все другие машины того времени. Разработка «ЭНИАК» продлилась с 1943 до 1945 года. В то время, когда был предложен данный проект, многие исследователи были убеждены, что среди тысяч хрупких электровакуумных ламп многие будут сгорать настолько часто, что «ЭНИАК» будет слишком много времени простаивать в ремонте, и тем самым, будет практически бесполезен. Тем не менее, на реальной машине удавалось выполнять несколько тысяч операций в секунду в течение нескольких часов, до очередного сбоя из-за сгоревшей лампы.
«ЭНИАК», безусловно, удовлетворяет требованию полноты по Тьюрингу. Но «программа» для этой машины определялась состоянием соединительных кабелей и переключателей - огромное отличие от машин с хранимой программой, появившихся у Конрада Цузе в 1940 году. Тем не менее, в то время, вычисления, выполняемые без помощи человека, рассматривались как достаточно большое достижение, и целью программы было тогда решение только одной единственной задачи . (Улучшения, которые были завершены в 1948 году, дали возможность исполнения программы, записанной в специальной памяти, что сделало программирование более систематичным, менее «одноразовым» достижением).
Переработав идеи Эккерта и Мочли, а также, оценив ограничения «ЭНИАК», Джон фон Нейман написал широко цитируемый отчёт, описывающий проект компьютера (EDVAC), в котором и программа, и данные хранятся в единой универсальной памяти. Принципы построения этой машины стали известны под названием «архитектура фон Неймана» и послужили основой для разработки первых по-настоящему гибких, универсальных цифровых компьютеров.
У нас хорошая новость: отныне каждые выходные мы будем публиковать «20-ку самых…» — рейтинг продуктов, технологий, изобретений и изобретателей, так или иначе связанных с IT.
Первый наш рейтинг будет самым общим. В него мы включили компьютеры, которые на наш взгляд оказали самое большое влияние на развитие отрасли. Сразу оговоримся: в этой 20-ке будут именно компьютеры в привычном смысле этого слова – никаких механических «паскалин» и «арифмометров» (им мы посвятим отдельный рейтинг).
Ну, поехали!
1. Z1
1938 год. Первая программируемая вычислительная машина с электрическим приводом.
Эту электромеханическую машину немецкого инженера Конрада Цузе относят к нулевому поколению. В соответствии с идеями Цузе, она состояла из главной управляющей программы, оперативной памяти и дополнительного вычислительного модуля. В качестве основного компонента в Z1 применялось электромагнитное реле. Пиковая производительность Z1 составляла где-то 1Hz (1 умножение за 5 сек.), а ее работу обеспечивал мотор от пылесоса мощностью 1 КВт. Машина помещалась на нескольких сдвинутых вместе столах, занимала около 4 м² и весила 500 кг.
Вообще-то до настоящего компьютера Z1 было еще далеко, да и работала она крайне нестабильно. Но кое в чём она была прогрессивнее, чем ENIAC или EDVAC — Z1 использовала двоичную систему счисления и поддерживала ввод данных с нормальной клавиатуры. К сожалению, оригинальная Z1 и ее потомки Z2 и Z3 вместе со всей документацией погибли в 1944 году под бомбами союзников.
2. ENIAC
1946 год. Первый электронный цифровой компьютер общего назначения.
Вот эту американскую машину уже с уверенностью можно назвать компьютером первого поколения. У ENIAC были все признаки настоящей ЭВМ, включая полностью электронную компонентную базу – вакуумные лампы.
Команда под руководством Дж. Экерта и Дж. Мокли потратила 3 года на сооружение ENIAC и получила настоящего монстра весом 30 тонн, занимавшего несколько залов и потреблявшего 174 КВт. Вычислительная мощность ENIAC составляла 357 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду , тактовая частота – 100 KHz . Машина поддерживала ввод данных с перфокарт, а программировалась целой системой тумблеров.
В течение нескольких лет ENIAC использовали для решения научных и военных задач, правда, с переменным успехом. Вообще, успешной эту ЭВМ назвать нельзя: ENIAC ломался через раз, был неудобен в использовании и, честно говоря, успел устареть к моменту сдачи в эксплуатацию. Но! Эта машина смогла доказать, что у ЭВМ есть будущее, и это направление необходимо развивать.
1957 год. Первый компьютер, целиком построенный на транзисторах.
После многочисленных ламповых ENIAC, EDVAC, EDSAC случился новый прорыв – компания NCR совместно с GE разработала компьютер, в котором применялась совершенно новая элементная база – транзисторы. Получившуюся ЭВМ NCR-304 можно назвать первым компьютером второго поколения.
В базовой комплектации машина состояла из блока с центральным процессором, блоков памяти на магнитной ленте, медиа-конвертеров и высокоскоростного оборудования для ввода-вывода данных.
Преимущества новой архитектуры стали очевидны сразу же. NCR-304 спокойно помещался в одной комнате, был удобен в работе, а, главное, он оказался гораздо надежнее своих ламповых предков. Покупатели сразу выстроились в очередь: сначала Корпус морской пехоты США, потом ряд учреждений в Вашингтоне, а затем и иностранцы – японский банк «Сумимото» и другие. Машина оказалась настолько удачной, что продержалась на рынке 17 лет — последний NCR-304 был демонтирован только в 1974 году.
4. Casio 14-A
1957 год. Первый электрический калькулятор.
К середине 50-х ЭВМ распространились довольно широко, но тут возник вопрос: а как быть бухгалтерам, аудиторам и вообще всем, кому для расчетов не требуются мощности больших компьютеров? Ответом стал Casio 14-A. По сути, это такой же калькулятор, как в вашем мобильном телефоне или планшете – только аналоговый и массой 150 кг.
14-A выполнял четыре основные арифметические операции, был способен отображать 14-значные числа и обладал небольшой памятью. При всем своем сходстве с токарным станком, он все же был намного компактнее и дешевле, чем существовавшие ЭВМ. Целевая аудитория оценила преимущества новой машины, и с тех пор калькуляторы начали активно развиваться: перешли на транзисторы, микросхемы, стали миниатюрными, удобными и исключительно дешевыми.
5. Apollo Guidance Computer
1961 или 1962 год. Первый встраиваемый компьютер и первый компьютер на микросхемах.
Бортовой управляющий компьютер «Аполлона» — чудо инженерной мысли, производившееся на заводах Raytheon. AGC стал, наверное, самой передовой разработкой в IT-секторе начала 60-х. Модификации этого компьютера устанавливали на командный и лунный модули, и они проводили вычисления и контролировали движение, навигацию, и управляли модулями в ходе полётов.
Поражало уже то, что элементной базой для AGC были не лампы или транзисторы, а интегральные схемы. До 60% всех производившихся тогда микросхем в США шло на нужды программы «Аполлон» и конкретно для постройки AGC. Это позволило сделать компьютер быстрым (тактовая частота – 2MHz, ОЗУ 512 Бит, ПЗУ 8Kb) и достаточно компактным (250 кг), чтобы встраивать его в приборную панель каждого из модулей.
Потомками AGC являются встраиваемые промышленные, бортовые и бытовые компьютеры. Что до микросхем, то массовый выпуск ЭВМ на их базе начался лишь через десяток лет после AGC.
6. PDP-1 и УМ-1НХ
1961 и 1963 годы соответственно. Борются за право считаться первым первым мини-компьютером.
К началу 60-х ЭВМ по-прежнему занимали целые залы и стоили сотни тысяч долларов, однако применение транзисторов позволило сделать их на порядок быстрее ламповых «динозавров». Это подтолкнуло инженеров компании DEC к любопытной идее – создать компактную и недорогую транзисторную ЭВМ.
В 1961 году появился PDP -1. Компьютер стоил $20 000, имел размер где-то 4-х холодильников и быстродействие около 20 000 команд в секунду. Быстрая машина. Одним из нововведений PDP-1 был дисплей размером 512 х 512 пикселов. PDP пошли в серию и стали одними из популярнейших компьютеров 60-х и 70-х годов.
В СССР тоже не сидели сложа руки. В 1963 году в Ленинграде была представлена ЭВМ УМ1-НХ («Управляющая машина №1 для народного хозяйства»). Она была медленнее PDP-1 и использовала дискретную логику, однако получилась гораздо более компактной – весила всего 80 кг и помещалась на письменном столе.
7. IBM System/360
1964 год. Первое семейство серийных, масштабируемых компьютеров.
Значение этого продукта от IBM сложно переоценить. Серия System/360 стала первым примером стандартизации и масштабируемости ЭВМ. Вместо того, чтобы выпускать закрытую систему как раньше, IBM спроектировала System/360 как набор совместимых друг с другом блоков, и все они использовали одинаковый набор команд.
Единожды купив такой компьютер, заказчик мог совершенствовать его, докупать нужную периферию, настраивать под свои нужды и при этом не терять первоначальных вложений.
Масштабируемость стала не единственной находкой инженеров IBM. System/360 стала еще и первой 32-разрядной системой, могла работать с 16Mb памяти, развивать тактовую частоту до 5MHz и стала настолько успешной, что ее охотно покупали до конца 1970-х.
8. CDC 6600
1964 год. Первый суперкомпьютер.
Суперкомпьютером этот шедевр Сеймура Крея назвали позднее, а тогда это была «просто» новаторская машина с передовой архитектурой, которая могла использоваться для решения очень сложных задач.
В CDC 6600 были впервые применены кремниевые транзисторы вместо германиевых, активная система охлаждения на основе фреона, и все это сформировало совершенно новую архитектуру. Главный процессор CDC 6600 выполнял только логические и арифметические операции, а за работу с устройствами отвечало 10 «периферийных» процессоров. В результате, CDC 6600 был способен одновременно выполнять несколько операций сложения, умножения и деления. Благодаря таким параллельным вычислениям, он стал самым быстрым компьютером своего времени, а ряд его архитектурных особенностей лег в основу RISC-процессоров, появившихся в 70-е.
9. Honeywell DP-516
1969 год. Первый сервер-маршрутизатор.
Первоначально DP-516 был довольно заурядным мини-компьютером – до тех пор, пока на него не обратили внимание Джерри Элкинд и Ларри Роберт, которые предложили схему первой компьютерной сети.
Для организации того, что вскоре получило название ARPANET, потребовались IMP (Interface Message Processor) – модифицированные DP-516. Эти компьютеры стали выполнять задачи по маршрутизации потоков в сети. Каждый такой компьютер мог соединяться с шестью другими IMP через арендованные у AT&T телефонные линии и передавать данные со скоростью до 56 Kbps.
Первые эксперименты по соединению двух ЭВМ через IMP прошли в том же 1969 году – была установлена связь между компьютерами в Лос-Анджелесе и Стэнфорде.
10. Magnavox Odyssey
1972 год. Первая коммерческая игровая консоль.
До начала 70-х компьютерные игры были редкой забавой для студентов и лаборантов, имевших доступ к серьезным ЭВМ. В середине 60-х американский Инженер Ральф Баер, что пора менять ситуацию и в 1969 году представил Brown Box – прототип игровой консоли. Это было компактное устройство на простейшей дискретной логике. Оно подключалось к телевизору и позволяло с помощью манипуляторов играть в простейшие игры типа «два квадратика гоняют по экрану третий квадратик».
Баер заключил контракт с Magnavox, которая в 1972 году выпустила коммерческий вариант его Brown Box под названием Odyssey. Консоль стоила около $100, неплохо продавалась и заложила основу для целого рынка домашних видеоигр.
История компьютера | Первый электронный цифровой компьютер специального назначения
Джон Винсент Атанасов – еще один гений. У него была степень по электротехнике, степень магистра в области математики и доктора в теоретической физике, которую он получил, когда ему было всего 27 лет. Также он был выдающимся изобретателем, создавшим первый электронный цифровой компьютер специального назначения. Большинство современных компьютеров являются универсальными, то есть могут использоваться для широкого диапазона задач с соответствующим программным обеспечением. Компьютер специального назначения разрабатывается для выполнения только одной определенной задачи.
Атанасов решил создать компьютер, который позволил бы сэкономить время на вычислениях сложных уравнений, выполнявшихся с помощью механических калькуляторов. В начале 1939 года при содействии аспиранта Клиффорда Берри он начал сборку компьютера, который позже назвали ABC (Atanassoff-Berry Computer – компьютер Атанасова-Берри). К осени того же года им удалось собрать прототип, который был завершен в 1942 году.
Для своего времени компьютер ABC обладал инновационными функциями, включая память для хранения данных (ОЗУ), в основном состоящую из конденсаторов, хранящих электрический заряд, который, в зависимости от обстоятельств, представлял значения 0 или 1. Памяти ABC было достаточно для хранения 30 двоичных чисел, а данные вносились в компьютер с помощью перфорированных карт. Промежуточные результаты весьма оригинально хранились на похожих картах (поскольку ОЗУ была недостаточно большой для их хранения): с помощью разряда на картах создавались ячейки, и компьютер мог считывать эти ячейки через разницу в сопротивлении, которое они имели по сравнению с чистыми областями карт. Это был по-настоящему инновационный способ хранения данных в столь ранние годы для компьютерной науки.
Самым существенным новшеством компьютера ABC было внедрение двоичной системы счисления, которая является стандартной для современных компьютеров. Используя двоичные вычисления и бинарную логику ABC мог решать одновременно до 29 линейных уравнений - и это было достигнуто без центрального процессора (ЦП), поскольку компьютер использовал для вычислений электронные лампы.
За свою жизнь Атанасов получил много премий и медалей, включая "Национальную медаль США" в области технологий и инноваций от Джорджа Буша в 1990 году. Эта медаль – самая высокая награда в Штатах за достижения, связанные с технологическим прогрессом.
История компьютера | Harvard Mark
В 1937 году выпускник Гарварда физик Говард Эйкен, в сотрудничестве с несколькими инженерами IBM, начал разработку автоматического цифрового компьютера огромных размеров, используя части других машин IBM (чтобы понизить стоимость изготовления). Пятитонная машина имела официальное название Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), но стала более известна под именем Harvard Mark I. Этот компьютер мог обрабатывать 23-разрядные числа и выполнять четыре арифметических операции. Также он включал программы, позволившие обрабатывать алгоритмы и тригонометрические функций.
Программирование компьютера Mark I выполнялось с помощью перфорированной бумажной ленты. Данные для обработки импортировались с помощью перфокарт – стандартное для того времени решение. Результаты выводились с помощью электрических пишущих машин. Mark I требовалось от трех до пяти секунд для умножения двух 23-разрядных чисел и десять секунд для их деления. Процесс вычислений был полностью автоматическим и не требовал человеческого вмешательства, отсюда и возникал идея "автоматического компьютера".
В 1947 году Эйкен создал Mark II, а позже еще две модели: Mark III и Mark IV. Mark II и Mark III были электромеханическими компьютерами, а последняя модель использовала только электронные компоненты, и ее сборка была закончена в 1952 году. Mark IV остался в Гарварде и использовался Военно-воздушными силами США.
Стоит отметить, что одна из первых программ, которая выполнялась на Mark I, имела отношение к Манхэттенскому проекту, полученные результаты использовались для определения целесообразности применения имплозии для взрыва атомной бомбы, которую США сбросили год спустя. Mark I также использовался для вычисления и печати математических таблиц – это была начальная цель аналитической машины Беббиджа.
История компьютера | Калькулятор сложных чисел Штиблица и дифференциальный анализатор Нордсика
Джордж Штибиц был исследователем в знаменитой лаборатории Bell Labs и работал над цифровыми схемами с бинарной логикой, которые ему удалось создать с использованием электромеханических реле. В 1939 году он закончил сборку цифрового устройства, которое назвал Complex Number Calculator или CNC (калькулятор сложных чисел). В качестве металлических деталей CNC Штибиц использовал металлические банки. Вот это изобретательность! Кстати, он назвал свой компьютер модель K, потому что собрал большую его часть на собственной кухне!
Штибиц создавал удивительные компьютеры из простых деталей и элементов, и в 1940 году он снова доказал свою изобретательность, сделав впечатляющую демонстрацию. Во время конференции в Нью-Гэмпшире в Зале Макнатта в Дартмутском колледже ему удалось соединиться со своим компьютером через телеграфную линию, используя телетайп. Так он представил первый рабочий образец удаленного управления компьютером. Он не только мог удаленно управлять CNC, но и передавать ему математические задачи через телетайп и позже получать решения. Не трудно представить реакцию публики на эту демонстрацию. Все были поражены, учитывая технологические стандарты тех лет.
Дифференциальный анализатор Нордсика
Арнольд Нордсик – еще один ученый, которому удалось собрать компьютер практически из мусора. Фактически он создал дифференциальный анализатор. Этот механический компьютер был завершен в 1950 году и мог решать дифференциальный уравнения. По словам создателя, изготовление компьютера обошлось всего в $700! Дифференциальные анализаторы существовали до изобретения Нордсика, однако его машина использовала электрические схемы вместо механических деталей, поэтому была меньше и проще. Вдобавок имела невысокую стоимость.
Рихард Норберг был студентом в Университете Иллинойса, в котором Арнольд Нордсик собрал свой дифференциальный анализатор, и принял участие в его создании. Ему удалось собрать вторую машину в Вашингтонском университете в 1956 году. Благодаря этим людям построение аналогового компьютера стало выглядеть не таким уж сверхсложным. Дефицит материалов вынудил изобретателей мыслить нестандартно и использовать все, что попадало в руки, включая чуть ли не металлолом. Сегодня такое встречается не часто.
)) 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 компонентной базы применялись вакуумные лампы .
К февралю 1944 года были готовы все диаграммы 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)
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 расчете таблиц стрельбы уже не было, военное ведомство США решило использовать ENIAC в расчетах 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 - в ноябре 1946 года - ENIAC был разобран и перевезен из Университета Пенсильвании в г. Абердин в Лабораторию баллистических исследований Армии США, где с августа 1947 года он успешно проработал ещё много лет и был окончательно выключен 2 октября 1955 года.
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 расчеты, 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 расчетов 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 был слишком мала для полноценной симуляции, 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 расчетов 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 и расчетов и сделала вывод, что они достаточно обнадеживающе хотя и очень приблизительно доказывают возможность создания водородной бомбы.
На обсуждении результатов расчета присутствовал Станислав Улам . Пораженный скоростью работы ЭНИАКа он предложил сделать расчеты по термоядерному взрыву методом Монте-Карло . В 1947 году на ЭНИАКе было выполнено 9 расчетов 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 расчета числа пи и 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 были выполнены в июле 1949 года, а для числа пи - за один день в начале сентября. Результаты показали, что «цифры в числе пи идут в случайном порядке, а вот с числом все обстояло значительно хуже» .
Вычисления производились в десятичной системе , после тщательного анализа ей было отдано предпочтение перед двоичной системой в связи с тем, что для реализации устройств оперирующих с двоичными числами требовалось значительно меньшее количество ламп. Компьютер оперировал числами максимальной длинной 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, значил останов работы всей машины, и по теории вероятности существовало 1.8 миллиардов вероятностей отказа в каждую секунду . Для того, чтобы вакуумные лампы реже перегорали, Экерт придумал подавать на них минимальное напряжение, а после произведения вычислений ЭНИАК продолжал работать, поддерживая лампы в «теплом» состоянии, чтобы перепад температуры при охлаждении и накаливании не приводил к их перегоранию. 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 привлек его к работе над машиной. Фон Нейман внес 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 (англ. )», 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.
В июле 1953 года к ЭНИАКу подключен был 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. 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 Института Мура (англ. )». 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 года успешных вычислительных систем CALDIC, SEAC , SWAC, ILLIAC, машина Института перспективных исследований (англ. ) 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 Неймна» (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.)
- Scott McCartney. ENIAC: The Triumphs and Tragedies of the World"s First Computer . - Berkley Books, 2001. - 262 p. - ISBN 9780425176443 (англ.)
- Raúl Rojas, Ulf Hashagen.
Пока мировые информационные агентства обсуждают создание Китаем самого мощного компьютера в мире, который обещают представить в 2017 году, Предлагаем вам вспомнить, каким был самый первый компьютер.
ЭНИАК – ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) – первый электронный вычислитель, который можно было перепрограммировать для выполнения различных задач широкого спектра.
Машину начали разрабатывать в 1943 году силами ученых из Пенсильванского университета по заказу армии США.
Примечательно, что в качестве одной из первых тестовых задач компьютера было математическое моделирование термоядерного взрыва супербомбы. В 1950 году на машине был произведен первый успешный цифровой прогноз погоды. ЭНИАК имел «внушительные» характеристики: вес - 27 тонн, потребляемая мощность - 174 кВт, вычислительная мощность - 357 операций умножения в секунду.
/Я добавлю к выше приведенному перепосту, ряд исторических сведений о развитии компьютерной техники, пользуясь хронологией из книги В. П. Леонтьева: «Новейшая энциклопедия Компьютер и Интернет 2012»
Хронология начинается с примерной датировкой 1500 года, сообщением: «Леонардо да Винчи разрабатывает эскиз тринадцатиразрядного вычислительного устройства». Выбранные мной сведения:
1623 год. Первая «считающая машина» созданная Уильямом Шиккардом, могла применять простые арифметические действия (сложение, вычитание) с 6-значными числами.
1654 год. Классическая логарифмическая линейка создана Робертом Биссакаром.
1658 год. В русских исторических документах впервые упоминается слово «счеты».
1770 год. Счетная машина Евно Якобсона оперирующая 9-разрядными числами (Россия)
1774 год. Первая массовая «счетная машина» - механический калькулятор, созданный и продававшийся Филиппом –Малтусом Ханом. 2-разрядный, 4-разрядный, 11-разрядный, а затем и 14 разрядный арифмометр Хана снискали большую популярность.
1820 год. Первый калькулятор – «арифмометр» Томаса де Кольмара. Первое механическое считающее устройство, поступившее в широкую продажу и продержавшееся (с небольшими усовершенствованиями) целых 90 лет. Первый «серийный» арифмометр.
1833 год. Чальз Баббидж предложил проект цифровой вычислительной машины с программным управлением, так называемой аналитической машины…
1842 год. Россия. З.Я. Слонимский изобретает множительное устройство, основанное на теории чисел, а не на хитроумных механизмах. …
1846 год. … Россия. Куммер изобретает устройство («счислитель Куммера»), которое с различными модификациями выпускалось вплоть до 70-х годов ХХ века. Основано на устройстве Слонимского, но компактнее.
1848 год. Английский математик Джордж Буль создает принцип «Двоичной системы».
1876 год. Между Америкой и Европой проложен первый трансатлантический кабель. (Вообще то попытки проложить телеграфный кабель предпринимались с 1856 года, но не всегда приводили к успеху. Первый оптоволоконный кабель через Атлантику был проложен в 1988 году.)
Пафнутий Чебышев построил 10-разрядную суммирующую машину с непрерывной передачей десятков за счет планетарной передачи. Александр Белл создает телефон.
1886 год. Фриц Азбергер и Макс Майер запатентовали клавишные суммирующие машины.
1927 год. В Массачусетском технологическом институте создан первый механический компьютер под названием «механический разум» (MechanicalMind)/
1930 год «Дифференцирующее устройство» - первый аналоговый компьютер, разработанный в США Ванневаром Бушем.
1935 год Корпорация InternationalBusinessMachines (IBM) начала выпуск массовых вычислителей IBM-601.
1938 год. Конрад Цузе, друг и коллега знаменитого Вернера фон Брауна, создал один из первых компьютеров – Z1, первую «двоичную» машин, понимавшую программы, введенные с перфорированной киноленты.
1939 год. Джордж Стибиц создает в лабораториях компании Bell первую вычислительную машину Bell I , способную выполнять сложение, вычитание, умножение и деление сложных чисел.
Американцы Риш, Дадли и Уоткинс демонстрируют на выставке в Нью-Йорке электрическую говорящую машину – «Синтезатор речи –Вокодер».
1943 год. Первый электронный компьютер Colossus (Великобритания), предназначенный для расшифровки немецкой шифровальной машины «Энигма». «Колосс», созданный М. А. Ньюменом и Т. Х. Флоуерсом, содержал более 1500 электронных ламп.
Представленную выборку из указанной выше хронологии я привел, чтобы показать, что креативная часть человечества более пятисот лет трудилось над созданием вычислительных машин, в дальнейшем развитии превратившихся в электронные вычислительные машины (ЭВМ), то есть предшественники современных вычислительных, коммуникационных и управляющих устройств./