Первые электромеханические цифровые компьютеры. Каким был самый первый электронный компьютер

ЭНИАК - ENIAC , сокр. от

Скачать:

Предварительный просмотр:

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

История создания

Архитектуру компьютера начали разрабатывать в 1943 году Джон Преспер Экерт (англ. ) и Джон Уильям Мокли , учёные из Пенсильванского университета (Электротехническая школа Мура ) по заказу Лаборатории баллистических исследований (англ. ) Армии США для расчётов таблиц стрельбы . В отличие от созданного в 1941 году немецким инженером Конрадом Цузе комплекса , использовавшего механические реле , в ЭНИАКе в качестве основы элементной базы применялись вакуумные лампы .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Использование

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

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

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

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

В 1949 году фон Нейман использовал ЭНИАК для расчёта числа 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 e были выполнены в июле 1949 года, а для числа π - за один день в начале сентября. Результаты показали, что «цифры в числе π идут в случайном порядке, а вот с числом e всё обстояло значительно хуже» .

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

Характеристики, архитектура и программирование

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

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

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

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

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

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

Научная работа фон Неймана «

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

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

Влияние

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

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

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.

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./

)) 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.

Когда появились первые компьютеры? Дать ответ на этот вопрос не так просто, поскольку нет одной единственно правильной классификации электронно-вычислительных машин, а также формулировок, что можно к ним относить, а что - нет.

Первое упоминание

Само слово "компьютер" было впервые документировано в 1613 году и означало человека, который выполняет расчеты. Но в XIX веке люди поняли, что машина никогда не устает работать, и она может выполнять работу гораздо быстрее и точнее.

Чтобы начать отсчет эры вычислительных машин, чаще всего берут 1822 год. Первый компьютер изобрел английский математик Чарльз Бэббидж. Он создал концепцию и приступил к изготовлению разностной машины, которая считается первым автоматическим устройством для вычислений. Она была способна подсчитывать несколько наборов чисел и делать распечатку результатов. Но, к сожалению, из-за проблем с финансированием Бэббидж так и не смог завершить ее полноценную версию.

Но математик не сдавался, и в 1837 году он представил первый механический компьютер, названный аналитической машиной. Это был самый первый компьютер общего назначения. В это же время началось его сотрудничество с Адой Лавлейс. Она переводила и дополняла его труды, а также сделала первые программы для его изобретения.

Аналитическая машина состояла из таких частей: арифметико-логического устройство, блок интегрированной памяти и устройство для контроля движения данных. Из-за денежных трудностей она также не был завершена при жизни ученого. Но схемы и разработки Бэббиджа помогли другим ученым, которые создавали первые компьютеры.

Спустя почти 100 лет

Как ни странно, за целый век вычислительные машины почти не продвинулись в своем развитии. В 1936-1938 годах немецкий ученый Конрад Цузе создал Z1 - это первый электромеханический программируемый двоичный компьютер. Тогда же, в 1936 году, Алан Тьюринг построил машину Тьюринга.

Она стала основой для дальнейших теорий о компьютерах. Машина эмулировала действия человека, следующего списку логических указаний, и печатала результат работы на бумажной ленте. Аппараты Цузе и Тьюринга — это первые компьютеры в современном понимании, без которых не появились бы компьютеры, к которым мы привыкли сегодня.

Все для фронта

Вторая мировая война повлияла и на развитие ЭВМ. В декабре 1943 году компания Tommy Flowers представила засекреченную машину под названием «Коллос», которая помогала британским агентам взламывать шифры немецких сообщений. Это был первый полностью электрический программируемый компьютер. О его существовании широкая общественность узнала лишь в 70-х годах. С тех пор ЭВМ привлекли внимание не только ученых, но и министерств обороны, которые активно поддерживали и финансировали их разработку.

Насчет того, какой цифровой компьютер считать первым, идут споры. В 1937-1942 годах профессор Айовского университета Джон Винсент Атанасов и Клифф Берри (аспирант) разрабатывали свой компьютер ABC. А в 1943-1946 Дж. Преспер Эккерт и Д. Мокли, ученые Пенсильванского университета, построили мощнейший ENIAC весом в 50 тонн. Таким образом, Атанасов и Берри создали свою машину раньше, но поскольку она так никогда и не была полностью функционирующей, то часто звание «самый первый компьютер» достается ENIAC.

Первые коммерческие образцы

С огромными габаритами и сложностью конструкции компьютеры были доступны только военным ведомствам и крупным университетам, которые собирали их самостоятельно. Но уже в 1942 г. К. Цузе начал работу над четвертой версией своего детища - Z4, и в июле 1950 года продал его шведскому математику Эдуарду Стиефелю.

А первые компьютеры, которые начали выпускаться массово, это модели с лаконичным названием 701, произведенные IBM 7 апреля 1953 года. Всего их было продано 19701 штук. Конечно же, это все еще были машины, предназначенные только для крупных учреждений. Для того чтобы стать действительно массовыми, им нужно было еще несколько важных совершенствований.

Так, в 1955 году 8 марта заработал «Вихрь» — компьютер, который был изначально задуман во времена Второй мировой войны в качестве тренажера для пилотов, но к моменту своего создания подоспевший к началу Холодной войны. Тогда он стал основой для разработки SAGE - подсистемы противовоздушной обороны, разработанной для автоматического наведения на цель самолетов-перехватчиков. Ключевыми особенностями «Вихря» стали наличие оперативной памяти объемом 512 байт и вывод графической информации на экран в режиме реального времени.

Технику в массы

Компьютер TX-O, представленный в 1956 году в Массачусетском технологическом институте, был первым, в котором использовались транзисторы. Это позволило сильно уменьшить стоимость и габариты техники.

Затем команда ученых, которые занимались разработкой TX-O, покинула институт, основала компанию Digital Equipment Corporation и в 1960 году представила компьютер PDP-1, начавший эру миникомпьютеров. Их размер был не больше одной комнаты или даже шкафа, и они были предназначены для более широкого круга клиентов.

Ну а первые компьютеры-десктопы стала выпускать компания Hewlett Packard в 1968 году.