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

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

Історія створення приладу

Оскільки Ейкен повністю усвідомлював, що для створення такого комп'ютера потрібно багато грошей, він вирішив звернутися до одного з найбільших виробників механічних і електромеханічних калькуляторів в США - компанії Monroe Calculating Machine Company. 22 квітня 1937 року він представив головному інженерові Чейзу свої плани з автоматичним обчисленням в наступних областях:


"чотири правила арифметики"; попередньо встановлений контроль послідовності; зберігання і пам'ять встановлених або обчислених значень; управління послідовністю, яка може автоматично реагувати на обчислені результати або символи, разом з друкованої записом всього, що відбувається в машині; запис усіх обчислених результатів. Ейкен був натхнений енергійної підтримкою Чейза. Той вирушив до свого керівництва в "Монро" і зробив все, що в його силах, щоб переконати їх у правильності свого вибору і ідеях Ейкена. Чейз запевняв, що проект "вистрілить", хоч і зажадає чималих витрат на реалізацію ідеї. У нього була якась проникливість і далекоглядність, щоб визнати, що пропонована машина буде мати неоціненне значення в бізнесі компанії в наступні роки. Незважаючи на вмовляння, у створенні машини було відмовлено.

Підтримка проекту і провал ідеї

Рішення "Монро" не підтримувати проект Ейкена, безумовно, було ударом, але вчений повинен був натхнений ентузіазмом Чейза щодо нової ідеї. Крім того, саме Чейз запропонував Юристу звернутися за допомогою до професора Теодору Брауну з Гарварду, близького соратника Томаса Дж. Уотсона, президента фірми IBM. Таким чином, Ейкен встановив успішний контакт з IBM. Браун порекомендував Ейкена старшому інженерові IBM, Брайсу, який схвалив його проект і порекомендував, як зробити комп'ютер і побудувати машину його мрії. Думка Брайса було вирішальним для IBM, і вчений отримав підтримку президента Ватсона для створення проекту Гарварда.

Розробка обчислювальної техніки

Ейкен підготував офіційну пропозицію під назвою «Запропонована автоматична обчислювальна машина». Воно займало 22 друкованих сторінки з подвійним інтервалом. Починався документ з короткої історії допоміжних засобів для обчислень, обговорення механізмів Беббіджа, згадок про різницевих механізми Шойца, Віберга та Гранту. Коротко описано винахід табулювання перфокарт, рахункові, сортувальні і арифметичні машини.
Відомо, що Генрі Беббідж, син Чарльза Беббіджа, зібрав близько шести невеликих демонстраційних варіантів для двигунів машини - то, як вона буде виконувати послідовні операції і роботи. Один з них він відправив у Гарвард. Ейкен також зазначає, що машини, вироблені IBM, дозволяли щодня робити в бухгалтеріях промислових підприємств по всьому світу те, чого Беббідж хотів досягти дуже давно. Потім Ейкен звертається до необхідності більш потужних методів розрахунку математичних науках. Він змалював у загальних рисах області використання свого комп'ютера - теоретичну фізику, радіозв'язок і телебачення, астрономію, теорію відносності і навіть швидко зростаючу науку математичної економіки та соціології.

У чому потребує наука?

Ейкен визначив чотири конструктивні особливості, які відрізняли звичайні механізми обліку перфокарт і обчислювальних механізмів, як це вимагається в науці: Машина, призначена для математики, повинна бути здатна обробляти як позитивні, так і негативні величини, в той час як облікова техніка майже повністю призначена для завдань з додатними числами. Обчислювальна техніка для математичних цілей повинна забезпечувати і використовувати багато види трансцендентних функцій (наприклад, тригонометричні), еліптичні, функції Бесселя та функції ймовірності. Для математики обчислювальна машина повинна бути повністю автоматичною в роботі. При обчисленні значення функції в її розкладанні в ряд, оцінці формули або чисельному інтегруванні (при розв'язанні диференціального рівняння) процес, як тільки він буде створений, повинен тривати нескінченно, поки не буде охоплений діапазон незалежних змінних. Обчислювальні машини, призначені для математики, повинні бути здатні обчислювати рядки замість стовпців, оскільки часто при чисельному розв'язанні диференціального рівняння обчислення значення виявляється залежним від попередніх значень. Це, насправді, вважається зворотним способом, за допомогою якого наявне обчислювальне обладнання здатне оцінювати функцію поетапно. Першими двома завданнями, поставленими для нової машини, було обчислення певних інтегралів і таблиць.

Розвиток і впровадження приладів для військових цілей

В 1944 року машина була передана військово-морського флоту на час війни. Після цього стала значитися офіційним приладом у підрозділі "Бюро кораблів" під командуванням Ейкена. До серпня комп'ютер "Марк 1" працював з великим військово-морським штатом, включаючи ряд офіцерів, серед яких були Грейс Хоппер і Річард Бліх. Вони стали головними програмістами. Була кумедна історія про те, що саме Грейс Хопер, що займається програмуванням на комп'ютері Mark I, знайшла першу комп'ютерну «помилку»: мертву міль, яка потрапила в Mark I, чиї крила блокували читання отворів в паперовій стрічці. Слово «помилка» використовувалося для опису дефекту, принаймні, з 1889 року, але Хоппер приписують слово «налагодження» для опису роботи по усуненню помилок програми.

В 1944 і 1945 роках комп'ютер "Марк 1" працював майже безперервно 24 години на добу, сім днів на тиждень. Проблеми воєнного часу, які машина повинна була вирішити, включали в себе дослідження магнітних полів, пов'язаних із захистом кораблів від магнітних мін, а також математичні аспекти проектування і використання радара. Без сумніву, найважливішою проблемою військового часу був набір обчислень для имплозий, привезених з Лос-Аламоса Джоном фон Нейманом. Тільки через рік співробітники дізналися, що ці розрахунки були зроблені у зв'язку з розробкою атомної бомби. Видатний успіх і відставання в роботі на комп'ютері призвели до того, що військово-морський флот попросив Ейкена на початку 1945 року спроектувати і побудувати другу таку машину. Ейкен так і зробив. Комп'ютер став відомий як Марк II.

Характеристики першого приладу

Комп'ютер Mark 1 був гігантських значних розмірів - цілих 25 метра у висоту. Довжина - 16 м, і майже 1 м в глибину. Такі розміри перших комп'ютерів нікого не дивували, навпаки, завдяки можливостям, вони вселяли свою міць іншим: Він важив п'ять тонн. Містив 760000 деталей. Використовував 530 миль проводів. 3000000 дротових з'єднань. 3500 багаторазових реле з 35000 контактів. 2225 лічильників. 1484 десятиполюсных перемикачів. Спираючись на технологію, розроблену IBM в 1944 році, для статистичних і бухгалтерських бізнес-машин використовувалися традиційні компоненти IBM, такі як електромагнітні реле, лічильники, кулачкові контакти, перфоратори та електричні друкарські машинки. Також були присутні елементи нового дизайну, в тому числі реле і лічильники, які раніше не використовувалися в машині IBM.
Вони були менше і швидше. Вхідні дані складалися з перфострічки, а вихідні представляли собою серію перфокарт або роздруківку зі стандартної електричної машинки IBM. Робота комп'ютера була приведена в дію довгим, горизонтальним, безперервно обертовим валом, який видавав гул, який описували як шум гігантської швейної машини. Вал здійснював близько 3 оборотів в секунду. Пристрої для зберігання та обчислення видавали слова довжиною у 23 десяткових знака, а двадцять четверте місце було зарезервовано для алгебраїчного знака. Розрахунки проводилися в десяткових числа з фіксованою десятковою крапкою.

Що вміла машина минулого століття?

Машина складається з 7 основних модулів, розташованих зліва направо: Два розділи з 60 регістрами для введення числових даних (константи, які з'являються в будь-якому алгебраїчних або диференціальному рівнянні), кожен з яких містив 24 перемикача, відповідних 23 цифр і 1 для знака (плюс/мінус). Розташування кожного з цих 60 регістрів був привласнений номер, щоб люди могли використовувати це місце розташування згідно інструкції по ідентифікації номера, викликається в ході обчислення. Для будь-якої проблеми вони повинні бути встановлені вручну. Сім розділів, що містять 72 додаткових регістра (так звані акумулятори, тому що вони можуть не тільки зберігати числа, але і складати і віднімати; фактично віднімання виконується шляхом додавання). Кожен регістр складався з 24 електромагнітних контрколес, знову-таки, що забезпечують ємність для 23-значних чисел, причому одне місце зарезервовано для знака. Цей другий набір панелей включає в себе як сховище, так і блок обробки даних. Для додавання і віднімання потрібно 1 цикл роботи машини (близько 330 мс). 70 акумуляторів загального призначення, 2 - спеціального призначення. Дуже цікавим є останній акумулятор, за допомогою якого можна зробити щось на зразок подання умовного операторського сигналу (після порівняння двох чисел). Однак більш потужний сигнал був доданий в програмований комп'ютер після 1945 року, коли був вбудований другий стрічковий рідер для команд. У самих правих частинах знаходяться електричні друкарські машинки, зчитувач магнітних стрічок для команд і перфоратор. На друкарських машинках надруковано остаточне рішення проблеми. Перфоратор карт автоматично пробиває карти з даними. Стрічка мала 24 стовпця (тобто 24 отвори в ряду). Один ряд даних вимагав 4 рядків (23 цифрових позицій і 1 для знака для кожного числа, кожна позиція вимагала 4 лунок, 24 x 4 = 96).

Основні функції приладу

Перше покоління комп'ютерів оснащувалося чотирма рідерами. Один використовувався для подачі інструкцій у машину, а три інших містили таблиці функцій і могли надавати значення по мірі необхідності. Також була передбачена інтерполяція значень, вказаних на стрічках. Таким чином вбудовані «підпрограми» (як їх називав Ейкен), що передбачають перетворення числа з допомогою деякою вбудованої функції (такий як синус, експонента, логарифм або зведення в ступінь). Характеристики "Марка 1" припускали, що машина прослужить близько 10 років. Однак вона продовжувала функціонувати в Гарварді протягом 14 років після війни, здійснюючи корисну роботу. І тільки до 1959 році прилад остаточно "вийшов на пенсію". Протягом цього часу він також служив об'єктом практичних занять декільком студентам в Гарварді, де Ейкен створив новаторську програму, яка була пізніше названа інформатикою - з курсами для студентів і аспірантів, що йдуть до ступеня магістра або доктора філософії. Багато важливих фігур в комп'ютерному світі були представлені на цій темі про Гарварду і "Марка I".

Прогрес випередив технології - поява нових "розумних" машин

Озираючись назад, можна сказати, у якому році з'явився перший комп'ютер насправді. Але найбільше значення "Марка I" полягало в тому, що він був першою повністю автоматичної обчислювальної машиною, яка не вимагала втручання людини в робочий процес, він виконувати автоматичну послідовність обчислень у відповідності з програмою і робити це без помилок. Говард Ейкен продовжив роботу над створенням нових обчислювальних машин. За комп'ютером «Марк 1» пішов «Марк II», потім в 1949 році «Марк III/ADEC», а в 1952 році — «Марк IV». Компанія IBM приступила до створення нового комп'ютера SSEC вже без участі Говарда Ейкена.

Вдосконалення техніки і інновації в роботі

Оскільки при створенні першого комп'ютера використовувалися механічні і релейні технології, робота була дуже повільною. Новий "Марк" видавав результати швидше, ніж звичайні обчислювальні методики, але не так швидко, як машини, які незабаром були представлені світові пізніше. До них ставилися і такі, як ЕНІАК. Для додавання або віднімання потрібно один машинний цикл, який займає близько 03 секунди. Множення зажадало 20 циклів або 6 секунд, а розподіл може зайняти до 51 циклу або більше 15 секунд. З-за цього у більш пізніх моделях поділ було замінено множенням взаємних величин. Хоча Mark I був повільним, він не тільки був запрограмований під конкретну операцію, але і універсальним. В той час, як ЕНІАК був обмежений у своєму первісному дизайні місією обчислення балістичних таблиць, "Марк I" зміг пристосуватися до більшого числа вбудованих програм.