Кто придумал компьютер эниак. Удивительный компьютер: История ENIAC. Что будем делать с полученным материалом

Устройство управления

Внешние устройства

Оперативная память

Рисунок – Связи между устройствами

Практически все рекомендации фон Неймана впоследствии использовались в машинах первых трех поколений, их совокупность получила название «архитектура фон Неймана». Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 года Джон фон Нейман.

Новые машины первого поколения сменяли друг друга довольно быстро. В 1951 году заработала первая советская электронная вычислительная машина МЭСМ, площадью около 50 квадратных метров. МЭСМ имела 2 вида памяти: оперативное запоминающее устройство, в виде 4 панелей высотой в 3 метра и шириной 1 метр; и долговременная память в виде магнитного барабана объемом 5000 чисел. Всего в МЭСМ было 6000 электронных ламп, а работать с ними можно было только после 1,5-2 часов после включения машины. Ввод данных осуществлялся с помощью магнитной ленты, а вывод – цифропечатающим устройством сопряженным с памятью. МЭСМ могла выполнять 50 математических операций в секунду, запоминать в оперативной памяти 31 число и 63 команды (всего было 12 различных команд), и потребляла мощность равную 25 киловаттам.

В 1952 году на свет появилась американская машина EDWAC. Стоит также отметить построенный ранее, в 1949 году, английский компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) – первую машину с хранимой программой. В 1952 году советские конструкторы ввели в эксплуатацию БЭСМ – самую быстродействующую машину в Европе, а в следующем году в СССР начала работать «Стрела» – первая в Европе серийная машина высокого класса. Среди создателей отечественных машин в первую очередь следует назвать имена С.А. Лебедева, Б.Я. Базилевского, И.С. Брука, Б.И. Рамеева, В.А. Мельникова, М.А. Карцева, А.Н. Мямлина. В 50-х годах появились и другие ЭВМ: «Урал», М-2, М-3, БЭСМ‑2, «Минск‑1», – которые воплощали в себе все более прогрессивные инженерные решения.

Проекты и реализация машин «Марк–1», EDSACиEDVACв Англии и США, МЭСМ в СССР заложили основу для развёртывания работ по созданию ЭВМ вакуумноламповой технологии – серийных ЭВМ первого поколения. Разработка первой электронной серийной машиныUNIVAC(UniversalAutomaticComputer) была начата примерно в 1947 г. Эккертом и Маучли. Первый образец машины (UNIVAC-1) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машинаUNIVAC-1 создана на базе ЭВМENIACиEDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп.

По сравнению с США, СССР и Англией развитие электронной вычислительной техники в Японии, ФРГ и Италии задержалось. Первая японская машина "Фуджик" была введена в эксплуатацию в 1956 году, серийное производство ЭВМ в ФРГ началось лишь в 1958 году.

Возможности машин первого поколения были достаточно скромны. Так, быстродействие их по нынешним понятиям было малым: от 100 («Урал-1») до 20 000 операций в секунду (М-20 в 1959 году). Эти цифры определялись в первую очередь инерционностью вакуумных ламп и несовершенством запоминающих устройств. Объем оперативной памяти был крайне мал – в среднем 2 048 чисел (слов), этого не хватало даже для размещения сложных программ, не говоря уже о данных. Промежуточная память организовывалась на громоздких и тихоходных магнитных барабанах сравнительно небольшой емкости (5 120 слов у БЭСМ-1). Медленно работали и печатающие устройства, а также блоки ввода данных. Если же остановиться подробнее на устройствах ввода-вывода, то можно сказать, что с начала появления первых компьютеров выявилось противоречие между высоким быстродействием центральных устройств и низкой скоростью работы внешних устройств. Кроме того, выявилось несовершенство и неудобство этих устройств. Первым носителем данных в компьютерах, как известно, была перфокарта. Затем появились перфорационные бумажные ленты или просто перфоленты. Они пришли из телеграфной техники после того, как в начале XIXв. отец и сын из Чикаго Чарлз и Говард Крамы изобрели телетайп.

ЭВМ первого поколения, эти жесткие и тихоходные вычислители, были пионерами компьютерной техники. Они довольно быстро сошли со сцены, так как не нашли широкого коммерческого применения из-за ненадежности, высокой стоимости, трудности программирования.

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

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:

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

ENIAC состояла из 42 блоков размером примерно 2,75ґ0,7ґ0,3 м, в которых было расположены 30 отдельных устройств (units): система питания; устройство пуска и останова машины; тактовый генератор (cycling unit); центральное программирующее устройство - коммутационная доска (наборное поле), отдельные гнезда которой соединялись штекерами; 20 регистров-аккумуляторов, игравших роль оперативной памяти и суммирующего (вычитающего) устройства; умножитель; устройство деления/извлечения квадратного корня; три сменные функциональные таблицы; релейное буферное устройство, осуществлявшее связь между машиной и устройством считывания перфокарт; так называемый master programmer (“управляющий программатор”) и некоторые другие.

Устройства соединялись между собой двумя группами 11-проводных коаксиальных кабелей. Одна группа кабелей образовывала цифровую магистраль, по которой передавались последовательности импульсов, представляющих числовые данные. Отдельный проводник (жила) в кабеле соответствовал одному десятичному разряду (плюс жила знака числа), а значение передаваемой цифры равнялось числу импульсов, прошедших по данному проводнику. Вторая группа кабелей была программной магистралью и передавала импульсы, управляющие последовательностью операций в различных устройствах в зависимости от установок штекеров на коммутационной доске. Каждый проводник в кабеле представлял собой независимую программную линию (программный канал) и нес определенный управляющий сигнал от тактового генератора (ТГ).

ЭВМ ENIAC-2

ENIAC была синхронной машиной: ТГ, импульсы которого непрерывно и одновременно передавались во все устройства машины, координировал ее действия. Генератор работал на частоте 100 кГц и каждые 200 мкс выдавал набор импульсов, длительность которых равнялась примерно 2 мкс, а временной интервал между ними - 10 мкс. Первый из этих импульсов именовался центральным программным импульсом (central programming pulse, СРР) и задавал начало и окончание машинных операций (отдельное устройство, выполнив свойственную ему операцию, передавало СРР как свой выходной программный импульс другому устройству, инициируя его работу). Основной машинный цикл равнялся времени одного сложения, которое занимало 200 мкс (т. е. выполнялось 5000 сложений в секунду). Время выполнения остальных арифметических операций составляло целое число цикла сложения.

Посылаемые одновременно программные импульсы, каждый из которых имел свое назначение, позволяли до некоторой степени распараллелить выполнение операций: например, один аккумулятор выполнял сложение, другой - получал данные из функциональной таблицы, третий - передавал данные на перфорацию и т. д. (конечно, при условии, что результат вычислений, хранящийся в аккумуляторе, не требовался для следующей арифметической операции) .

Основными электронными схемами машины были триггеры, ячейки “и”, действовавшие как переключатели, и ячейки “или”, предназначенные для объединения на одном выходе импульсов, идущих от разных источников. Десять триггеров соединялись в кольцо, образуя десятичный (декадный) счетчик, который выполнял ту же роль, что и счетное колесо в механических счетных машинах (таким образом, для представления одной десятичной цифры требовалось 20 триодов). Десять таких колец плюс триггер для представления знака числа составляли запоминающий регистр (всего в ENIACе их было 20). Каждый из регистров был снабжен схемой передачи десятков и являлся аккумулятором, т. е. использовался не только как память, но и как сумматор-вычитатель . Эти операции выполнялись путем подсчета импульсов, поступающих на вход счетчиков.

Операция умножения выполнялась в быстродействующем множительном устройстве (умножителе). Он задействовал четыре аккумулятора и встроенную таблицу умножения 9ґ9, выполненную на резистивной матрице (в тех случаях, когда было необходимо получить 20-разрядное произведение, использовалось шесть аккумуляторов). Два аккумулятора служили для запоминания операндов, два - для хранения частных произведений. Когда на входах матрицы появлялись импульсы, соответствующие одному разряду множимого и одному разряду множителя, она вырабатывала импульсы, представлявшие их частное произведение. Цифры единиц этого произведения направлялись в один аккумулятор, цифры десятков - в другой. После окончания умножения на очередную цифру множителя, он сдвигался на разряд влево и вновь выполнялось умножение. Когда все цифры двух 10-разрядных чисел были перемножены, в одном из аккумуляторов осуществлялось суммирование накопленных частных произведений (метод разделения этих произведений на “единичную” и “десятичную” части был, следовательно, такой же, как в Harvard Mark I, - см. "Электромеханический колосс" ). Весь процесс перемножения двух 10-разрядных чисел занимал в ENIAC"е 2,8 мс (или 357 умножений в секунду).

Устройство деления и извлечения квадратного корня также состояло из четырех аккумуляторов: в первом помещалось делимое (или подкоренное выражение), во втором - делитель (или удвоенный квадратный корень), в третьем - частное, четвертый аккумулятор использовался для выполнения операции сдвига. В процессе деления делитель вычитался из делимого до тех пор, пока разность не становилась отрицательной. После этого процесс прерывался, остаток делимого отсылался в четвертый аккумулятор для сдвига на одну позицию влево и затем возвращался в первый аккумулятор и суммировался с делителем до тех пор, пока сумма не становилась положительной. При этом в соответствующий разряд аккумулятора частного посылалась либо +1, либо -1 (в зависимости от того, складывался или вычитался делитель). Процесс извлечения корня производился аналогичным образом. Оперируя с 10-разрядными числами, ЭНИАК выполняла в секунду 40 операций делений и 3 операции извлечения корня.

В функциональных таблицах также использовались резистивные матрицы и наборы переключателей, с помощью которых можно было установить 12 цифр и 2 знака для каждого из 104 независимых аргументов. Первоначально функциональные таблицы задумывались для хранения значений функций, но затем стали применяться для хранения констант, необходимых при вычислениях. При решении любой задачи к ENIAC"у была подсоединена лишь одна таблица, а две другие в это время подготавливались операторами для решения следующих задач (идея, заимствованная из конструкции табуляторов IBM).

Исходные данные вводились в машину с перфокарт. Для этого служило стандартное IBM"овское считывающее устройство. Поскольку скорость считывания (примерно 2 числа в секунду) во много раз уступала быстродействию арифметических операций, то, чтобы исключить простаивание аккумуляторов во время ввода данных, разработчики дополнили машину буфером, состоявшим из 1500 телефонных реле (его разработал Сэмюэл Уильямс, один из конструкторов машин Bell Labs). Буфер, или, как его называли, “передатчик констант” (constant transmitter), преобразовывал считанное число в последовательность импульсов, эквивалентную этому числу, и после получения СРР от ENIAC"а направлял данные в аккумуляторы. Буфер также принимал результаты вычислений от аккумуляторов, освобождая последние для выполнения свойственных им операций, и направлял полученные данные на итоговый перфоратор или (для печати) на табулятор. Кроме того, передатчик констант преобразовывал отрицательные числа, представленные десятичным дополнением, в обычную форму и имел на передней панели набор переключателей, с помощью которого в машину можно было ввести ряд констант.

Разумеется, создатели ENIAC"а предусмотрели комплекс мер для диагностики отдельных устройств машины. Один из них заключался в подаче на аккумуляторы одиночных импульсов от тактового генератора, что позволяло определить вышедший из строя триггер (по характерному свечению подключенных к аккумуляторам неоновых лампочек). Еще одним видом диагностики была пошаговая прогонка тестовой программы.

Программированием машины - разработчики называли этот процесс “установкой” (setting up) - занималась группа из семи молодых женщин-математиков (среди них были жены Моучли, Бёркса и Голдстайна). Выполнялось оно следующим образом. Во-первых, с помощью коммутационной доски и штекеров соединялись между собой устройства, которые должны были участвовать в решении конкретной задачи. Во-вторых, так называемые приемно-передающие переключатели (transceiver switches), расположенные на передней панели каждого из этих устройств, устанавливались в положение “включено” и образовывали местные программно-управляющие цепи (local program-control circuits). Включенное положение переключателей разрешало устройству выполнять его действия после прихода программного импульса от ТГ. Кроме того, на панели устройств был установлен многополюсный шаговый распределитель (stepper switches), который позволял осуществлять многократное (до девяти раз подряд) повторение одних и тех же операций.

Для организации заданного числа итерационных циклов, соединения отдельных последовательностей вычислений в единую цепь, изменения очередности выполнения этих последовательностей с помощью команды условного перехода в машину было введено устройство, названное авторами master programmer и содержавшее десять 6-разрядных счетчиков шагов (stepper counter), соединенных с несколькими декадными счетчиками.

Описанным выше действием предшествовала длительная бумажная работа. С помощью установочной таблицы (setup table) детально описывалась последовательность операций, необходимых для решения конкретной задачи. Таблица имела 27 колонок (по одной для каждого аккумулятора и функциональных таблиц, для управляющего программатора, передатчика констант и т. д.) и содержала временную последовательность программных установок, входных и выходных импульсов для каждой операции. Программирование машины являлось таким образом трудоемким и длительным процессом (он занимал порой дни и даже недели). Любая “установка” машины изменяла ее конфигурацию и превращала ее в специализированное устройство для решения конкретной задачи, а “программа” становилась внутренней, неотъемлемой частью ENIAC"а. Это было, конечно, недостатком по сравнению с электромеханическими машинами, управляемыми с помощью перфорированных лент.

Получили ли военные то, что хотели? Думается, да. На настольной счетной машине вычисления 60-секундной траектории полета снаряда занимали 20 ч, дифференциальный анализатор позволял получить тот же результат (приближенный) за 15 мин, ENIAC"у же требовалось всего 30 с - половина времени полета.

В течение всего 1946 г. машина оставалась в Муровской школе. Хотя война окончилась, ENIAC продолжали использовать в военных целях - при расчете таблиц стрельб и вычислениях, которые должны были подтвердить возможность создания водородной бомбы (машина успешно справилась с этой задачей, потребовавшей обработки около миллиона перфокарт). Впрочем, и мирными задачами она не пренебрегала. В начале 1947 г. ENIAC была передана в Эбердин и в августе вновь введена в действие. В ее дальнейшем активе были решения задач для метеорологов и физиков, изучавших космические лучи и исследовавших распространение ударных волн, и т. д.

Главная инженерная проблема, с которой столкнулись создатели и пользователи ENIAC"а, была проблема частых выходов из строя электронных ламп. Позднее историки подсчитали, что при наличии почти 17,5 тыс. ламп, не отличавшихся в то время высокой надежностью и работавших одновременно с частотой 100 кГц, каждую секунду возникало 1,7 млрд. ситуаций, при которых хотя бы одна из них “летела”, что приводило к сбою в работе всего колосса. Напомним, что тогда ни в радиотехнике, ни в радарах и дешифровальных устройствах6 такого “лампового изобилия” и близко не было, и многие оппоненты Моучли - Эккерта сомневались, что ENIAC сможет продержаться без сбоя хотя бы несколько часов (несмотря на то что электронные компоненты, предназначавшиеся для машины, тщательно тестировались, а качеству пайки уделялось особое внимание).

Первые годы эксплуатации машины почти подтвердили сомнения скептиков (в 1946 г. среднее время наработки ENIACа на отказ составляло 5,6 ч) . Позднее ситуация несколько выправилась, прежде всего благодаря тому, что по совету инженеров корпорации RCA напряжение питания ламп было сделано меньше стандартного, рекомендованного справочниками, а лампы длительное время “тренировали” перед тем, как установить в машину. Кроме того, инженеры-эксплуатационники установили, что наиболее массовые отказы ламп происходят при включении и выключении ENIAC"а (что вполне объяснимо физическими процессами, происходящими в них в переходном режиме). Отсюда - радикальный, хотя и недешевый способ повышения надежности машины: никогда не выключать ее! Следуя ему, удалось добиться, что ENIAC работала без сбоя несколько лет (рекордное время - 116 ч подряд машина проработала в 1954 г.).

Еще один источник головной боли эксплуатационников, состоявший во влиянии нестабильности промышленного сетевого напряжения на работу электронных блоков, был устранен в 1950 г., когда питание машины начали осуществлять от автономной системы мотор-генератор (так же запитывалась созданная много позже советская машина М-20, на которой работал автор).

Инженеры и программисты Эбердинской лаборатории внесли и другие полезные изменения в ENIAC. Например, в 1951 г. было разработано электронное устройство выборки информации из функциональных таблиц; в следующем году в состав машины было введено быстродействующее устройство сдвига, что существенно уменьшило время выполнения операций деления и извлечения квадратного корня; наконец, в июле 1953 г. в машину встроили память на ферритовых сердечниках емкостью в 100 слов, разработанную Burroughs Corp.

Но, пожалуй, самым важным нововведением, явилась модификация процесса программирования, предложенная в 1947 г. Джоном фон Нейманом и реализованная в следующем году сотрудником BRL д-ром Ричардом Г. Клиппингером (Richard. H. Clippinger, 1914-2003). Был изготовлен электронный блок, преобразовывавший в течение цикла сложения одно из шести десятков двухразрядных чисел, установленных на функциональной таблице, в соответствующее число импульсов СРР, которые посылались по программной магистрали и инициировали выполнение одной из 60 команд. Благодаря этому нововведению отпадала необходимость в штекерных наборах на коммутационной доске, что значительно (до нескольких часов) уменьшало время программирования и, кроме того, упрощало тестирование любого устройства машины. Таким образом, каждая функциональная таблица превращалась в постоянное запоминающее устройство небольшой емкости, а ENIAC становилась машиной последовательного действия с внутренне хранимой программой. При этом, однако, она лишалась возможности параллельного выполнения несколько программных шагов, а ее быстродействие снижалось примерно в шесть раз. Впоследствии Эккерт писал, что они с Моучли предполагали возможность такой модификации уже на начальной стадии конструирования машины (что подтверждается одним и тем же числом жил “цифровых” и “программных” кабелей).

Первая универсальная ЭВМ проработала в общей сложности 80 223 ч и закончила свой жизненный путь 2 октября 1955 г. в 23 ч 15 мин. Судьба же ее главных “строителей” сложилась непросто.

Моучли и Эккерт считали, что авторские права на машину принадлежат им, так как никто из руководителей MSEE не принимал участия в реализации “Проекта РХ”. Поэтому они обратились к президенту университета за разрешением подать заявку на патент от своего имени. Президент согласился, но при условии, что в тексте заявки будет сказано: “Авторы передадут правительству США и университету свободную от авторских отчислений лицензию на производство таких машин для некоммерческих целей”. Моучли и Эккерт отказались вносить какие-либо изменения в уже подготовленный текст и 31 марта 1946 г. ушли из университета, чтобы организовать собственную компанию (о ней будет сказано в одной из следующих статей).

Патент на ENIAC (№ 3120606 от 26 июня 1947 г.) они получили вместе с несколькими членами своей команды, но на том их злоключения не закончились.

Через 30 лет после начала работы над машиной, 19 октября 1973 г., федеральный судья Эрл Ричард Ларсен в окружном суде Миннеаполиса после 135-дневных заседаний постановил: “Эккерт и Моучли не изобрели первыми автоматическую электронную цифровую вычислительную машину, а извлекли сущность концепции из изобретения д-ра Джона Винсента Атанасофф”.

Были ли у Ларсена основания для принятия столь неожиданного для компьютерного мира решения? Об этом - в следующей статье.

Примечания

Основана в 1923 г. и названа в честь производителя кабелей Альфреда Фитлера Мура (Alfred Fitler Moorе), пожертвовавшего факультету электротехники отдельное здание.

В 2004 г. чип размером 0,5 кв. мм обеспечивал ту же производительность, что и ENIAC.

В полной мере задача распараллеливания программ была решена через много лет.

Вычитание выполнялось как сложение с десятичным добавлением.

В конце 1943 г. в Британии была введена в действие вычислительно-логическая машина “Колосс” (Colossus), предназначавшаяся для дешифровки радиоперехватов сообщений фашистских вооруженных сил. Машина содержала 1500 электронных ламп, однако сведения о ней были рассекречены только в 1970-е гг.

При этом нельзя не отметить, что благодаря своему быстродействию ЭНИАК могла за один час выполнить объем вычислений, с которым такая релейная машина, как белловская Model V, справилась бы за 15 дней непрерывной работы.

Из Цикла статей Ю. Полунова "Исторические машины" .
Статья опубликована в PCWeek/RE № 13 от 19.04.2006 г.

Свой день компьютерщики отмечают 14 февраля. Именно в этот февральский день 1946 года в Америке был запущен первый в мире реально программируемый электронный компьютер ENIAC. ENIAC весил 30 тонн и состоял из 18 тысяч электронных ламп. ENIAC по сравнению с современным ПК был просто черепахой - его быстродействие было всего 5 000 операций в секунду. Компьютер проработал девять лет до 1955 года.

До него в мире существовали и более ранние модели компьютеров, но все они были экспериментальными вариантами не получившими практического использования. Если смотреть в корень, то первым компьютером была английская аналитическая машина Бэббиджа…

В 1912 году по проекту российского ученого математика А. Н. Крылова была создана первая машина предназначенная для работы с дифференциальными уравнениями.

За ней в 1927 году в Америке, в Массачусетском технологическом институте изобрели первый в своём роде аналоговый компьютер. В 1938 году в Германии выпускник Берлинского политехнического института инженер Конрад Цузе создал свою машину, названную впоследствии Z1. Соавтора изобретения звали Гельмут Шрейер. Z1 была программируемая полностью механическая цифровая машина. Её модель была пробной. Практического использования она не получила. В Берлинском Техническом музее можно увидеть её восстановленную версию. На её основе Конрад Цузе сразу же приступил к созданию её модификации Z2.

Первоначальное название его компьютеров было V1 и V2. На немецком это звучало как «Фау 1» и «Фау 2». Возникшая вскоре путаница с названиями немецких ракет привела к переименованию компьютеров Конрада Цузе.

Их стали называть Z1 и Z2. В 1941 году Конрад Цузе создаёт следующую вычислительную машину Z3. Она обладала уже практически всеми имеющимися у современного компьютера свойствами.

В 1942 году в американском университете штата Айова Джон Атанасов совместно со своим аспирантом Клиффордом Берри разрабатывает явившийся революционным электронный цифровой компьютер (Atanasoff-Berry Computer -ABC). Они приступают к его монтажу, но Атанасова призвали в действующую армию и монтаж ABC так и не был завершен. Недостроенный ABC увидел Джон Мочли и под впечатлением приступил к созданию своей ЭВМ Electronic Numerical Integrator And Computer - сокращенно ENIAC. В начале1943 года в Америке прошла успешные испытания другая вычислительная машина Марк I. Она была предназначенная для выполнения сложных баллистических расчётов американского ВМФ. Строго говоря Марк I ещё не был компьютером. В конце1943 года англичане запустили свою вычислительную машину Колосс. Он также не был компьютером. Машина была узкого назначения и успешно справлялась с расшифровкой секретных кодов Третьего Рейха. В 1944 году уже известный нам Конрад Цузе создал следующую, ещё более быструю версию своего компьютера - Z4.

Но признанным годом создания первой универсальной ЭВМ стал 1946 год, когда в Америке заработал ENIAC. ENIAC был первой реально выполняющей практические задания ЭВМ. В компьютере ENIAC была применена двоичная система исчисления, которую переняли от него все современные компьютеры.

Он разрабоатывался по заказу армии для решения одной из насущных задач военного времени. В артиллерии и авиации при бомбометании применялись баллистические таблицы. Для их составления работали целые отделы вычислителей. Они пользовались логарифмическими линейками и поэтому их выполняемое ими количество расчетов и их быстродействие не удовлетворяло огромные потребности армии в военное время. В начале 1943 года армия обратилась к кибернетикам с просьбой разработать концептуально новое программируемое вычислительное устройство. Так и был создан компьютер ENIAC.

7 полезных уроков, которые мы получили от компании Apple

10 самых смертоносных событий в истории

Советская «Сетунь» - единственная в мире ЭВМ на основе троичного кода

12 ранее не издававшихся снимков лучших фотографов мира

Человек-крот: мужчина провёл 32 года, копая пустыню

10 попыток объяснить существование жизни без дарвиновской Теории эволюции

Непривлекательный Тутанхамон